Idrogeologia

Il ciclo dell’acqua e bacino idrogeologico

Il ciclo dell'acqua (o ciclo idrologico) rappresenta il sistema continuo di circolazione dell'acqua all'interno dell'idrosfera

terrestre, coinvolgendo scambi di massa e di energia tra l'atmosfera, la superficie e il sottosuolo.

L'analisi di questo ciclo: quantificazione delle risorse idriche e la gestione del rischio idraulico.

I processi principali includono la precipitazione, l'evapotraspirazione (che combina l'evaporazione diretta e la traspirazione

delle piante), il deflusso superficiale (runoff ) e l'infiltrazione. Quest'ultima alimenta il comparto sotterraneo, dove l'acqua si

muove attraverso formazioni geologiche permeabili, partecipando a una dinamica di ricarica e scarica che può collegare

bacini distanti o alimentare corpi idrici superficiali come fiumi e laghi.

Il bacino idrogeologico viene definito come una porzione specifica del sottosuolo in cui avviene il deflusso delle acque

porosi rocciosi

sotterranee in mezzi (falda scorre negli interstizi tra i granuli) o (falda scorre nelle fratture e nei canali carsici).

All'interno di un bacino idrogeologico si distinguono diverse zone verticali in base al grado di saturazione dei pori:

• Zona insatura (Vadosa): i vuoti nel terreno sono occupati sia da aria che da acqua. Il grado di saturazione (Sr < 1).

• Frangia capillare: una zona di transizione posta immediatamente sopra la tavola d'acqua, dove l'acqua risale per

capillarità dai pori saturi.

• Zona satura (Freatica): tutti gli interstizi sono completamente riempiti d'acqua ( limite superiore di questa zona è

definito tavola d'acqua o water table (Sr = 1).

L'andamento della tavola d'acqua non è necessariamente orizzontale, ma segue il profilo topografico della superficie,

determinando i gradienti idraulici Acquiferi e falda

La distinzione principale avviene attraverso i parametri di permeabilità e continuità spaziale delle formazioni.

• Acquifero: porzione del sottosuolo (materiali sciolti o rocce fessurate) dotata di una buona permeabilità. Questa

caratteristica permette all'acqua di defluire e di essere estratta in quantità significative. Può essere composto da un

singolo acquifero o da una sovrapposizione di più unità separate da strati meno permeabili.

• Aquiclude: bassissima permeabilità ma buona continuità spaziale. Grazie a queste proprietà, agisce come una barriera

idraulica, isolando efficacemente un acquifero da un altro.

• Aquitard: bassa permeabilità e/o con scarsa continuità spaziale. A non garantisce un isolamento perfetto, permettendo

un drenaggio verticale lento o un passaggio parziale di acqua tra acquiferi limitrofi (fenomeni di leakage).

La pressione idraulica e la presenza di vincoli litologici superiori determinano la classificazione degli acquiferi in tre tipologie

principali:

• Acquifero Libero (Freatico): la superficie superiore della zona satura (tavola d'acqua) non è limitata da formazioni

impermeabili. Il "tetto" della formazione non presenta elementi a bassa permeabilità (conducibilità idraulica K < 10^-8 m/

s). la pressione sulla superficie della falda = atmosferica e il livello può oscillare liberamente. Spessore falda < acquifero

Acquifero Confinato:

• racchiuso inferiormente e superiormente da strati a bassa permeabilità (aquiclude). acquifero

completamente saturo e l'acqua si trova in pressione. Spessore falda = acquifero

Acquifero Artesiano:

• acquifero confinato in cui l'energia potenziale (carico idraulico) è tale che il livello piezometrico si

trova a una quota superiore rispetto al piano di campagna.

Implicazione pratica: Se un pozzo intercetta un acquifero artesiano, l'acqua tenderà a fuoriuscire spontaneamente in

superficie senza l'ausilio di sistemi di pompaggio (pozzo artesiano fluente).

Misure piezometriche

Superficie piezometrica rappresenta distribuzione dei carichi idraulici di un certo acquifero in una certa area.

Il livello piezometrico ( o carico idraulico, H) è misurato in pozzi con filtri in uno specifico acquifero, esprime Ep di un dato

acquifero e fa solitamente riferimento al livello medio del mare. H = altezza rispetto ad un piano di riferimento

H= Q Soggiacenza

-

topografica distanza tra superficie topografica e livello H2O

Utilizzato x misurare soggiacenza, misure istantanee ed esecuzione di campagne piezometriche durante le quali si

eseguono misure in più punti in un arco temporale ristretto

Per le misure ripetute nel tempo in modo frequente oggi si utilizzano i data loggers.

Campo di utilizzo:

• prove di pompaggio

• variazione livelli con la marea

• variazione livelli rispetto corpi idrici superficiali

• monitoraggio azione pozzi

• monitoraggi continui in siti contaminati

• monitoraggi continui a scala regionale Superficie piezometrica

Distribuzione spaziale dei carichi idrulici. Poichè dati sono discreti, sono necessarie tecniche di interpolazione per ricostruire morfologia

continua della superficie.

Costruzione piezometrica può essere divisa in 4 fasi:

1. Rilevamento ricostruzione

e successiva dettagliata dell’andamento degli acquiferi con gli usuali metodi geologici

2. Censimento dei pozzi e/o piezometri utili ad effettuare misure di livello

3. Misurazione del livello piezometrico e soggiacenza

4. Interpolazione dei dati piezometrici, elaborazione isopieze ed individuazione linee di flusso ( isopieze)

Conoscendo la quota topografica del punto di misura si ricava la quota della superficie piezometrica (carico idraulico, H) rispetto al

livello medio del mare. Le misure effettuate in una certa area possono quindi essere interpolate per ottenere una carta piezometrica

rappresentante la forma della sua superficie attraverso linee ad uguale quota piezometrica

Metodo triangolazione lineare

Strumento grafico che permette di ricostruire in modo semplice la superficie piezometrica manualmente su carta.

avviene in 4 step:

1. Individuazione punti di misura sulla carta

2. suddivisione area in triangoli i cui vertici sono composti dai punti di misura, scelti in modo che, congiungendoli, i lati del triangolo

non si intersechino

3. scelta di un valore di = distanza (dislivello costante che si vuolemantenere tra 2 isopieze)

4. suddivisione lati di ogni triangolo in segmenti. Lunghezza di ogni segemnto si ricava da:

ex.

distanza A-B = 2000 m

H - H =12.82 m

A B

2000/12.82 = 156 m —> ogni 156 m ho 1 m di differenza di carico

Da una carta piezometrica si può ricostruire la morfologia tridimensionale della distribuzione spaziale dei carichi idraulici

Carta piezometrica

Strumenti diagnostici essenziali per la modellazione concettuale di un sistema idrogeologico. Permettono di visualizzare la distribuzione

tridimensionale e i carichi e di derivare parametri idraulici critici.

Consentono di ricavare informazioni indispensabili sulle caratteristiche delle falde e degli acquiferi:

• identificare zone di alimentaggio e drenaggio Sono ortogonali alle linee isopieze.

• identificare direzioni di deflusso L'analisi della densità permette di calcolare il gradiente

• calcolare gradienti idraulici idraulico (i= ΔH/L): isopieze molto ravvicinate—> gradienti

• calcolare portata della falda elevati, tipici di zone a bassa permeabilità o aree soggette a

• effettuare deduzioni circa le caratteristiche geologiche dell’acquifero forte emungimento.

• identificare gli scambi idrici con corpi superficiali

Lo studio della morfologia piezometrica è uno dei passi fondamentali per ricostruire il modello concettuale dell’area di studio ,

comprendere il sistema idrogeologico e pianificare azioni di gestione della risorsa idrica.

Campagna piezometrica

Per progettare e realizzarne na serve:

• ricerca biografica

• individuare scopo campagna

• individuare pozzi/piezometri misurabili e i proprietari

• distinguere pozzi/piez. che captano in falde = (uso stratigrafia)

• scegliere pozzi/piez. x avere, x una data falda, una distribuzione omogenea dei punti di misura ed eventualmente più densa

nell’area di maggiore interesse

• ricerca quote topografiche della bocca pozzo

• nel caso di misure di una falda freatica valutare l’opportunità di misurare i livelli idrici dei corsi d’H2O superficiali

• prima di effettuare la misura spegnere pozzo x almeno 15 min—> liv. statico

corretta progettazione di una campagna piezometrica è il requisito fondamentale per ottenere una cartografia affidabile, indispensabile

per la gestione sostenibile della risorsa idrica e la progettazione di interventi di bonifica.

Sezioni idrogeologiche

Strumento fondamentale per la caratterizzazione del sottosuolo, permettendo di passare da una serie di dati puntuali (stratigrafie di

pozzi e sondaggi) a una visione d'insieme della struttura geologica. Costituiscono la base per la costruzione del modello concettuale di

un sito o di un'intera regione.

Scopi:

• distiinzione acquiferi

• individuazione aquitard e aquiclude

• individuazione scambi idrici tra acquiferi =

• individuazione zone di alimentazione

• individuazione dei rapporti con corpi idrici superficiali

Correlazione stratigrafica: analisi dei caratteri litologici, della permeabilità, della disposizione geometrica dei materiali e della presenza di

elementi di dettaglio come fossili o torbe.

campi di utlizzo:

• ubucazione e protezione delle opere di captazione

• gestione qualitativa delle risorse idriche sotterranee

• gestione quantitativa delle risorse idriche sotterranee

• indagini di siti contaminati

fasi costruttive:

• identificazione scopo e scala

• inquadramento sito rispetto carta geologica

• reperimento dati bibliografici

• ubicazione pozzi, sondaggi e linee prospezione geofisica su cartografia tecnica

• tracciamento linee sezioni

• scelta punti da utilizzare

• scelta scala orizzontale e verticale della sezione in funzione dello scopo

1. realizzazione profilo altimetrico

2. analisi stratigrafie e rappresentazione profilo

3. prima identificazione delle principali unità idrogeologiche sulla base di:

- caratteri litologici grossolani

- permeabilità

- spessori dei materiali

- disposizione geometrica dei materiali

4. correlazione fra le stratigrafie sulla base di:

- immersioni depositi

- loro alternanza

- affioramento terrazzi

- caratteristiche litologiche di dettaglio (fossili, torbe, colore…)

5. identificazione acquiferi

Stratigrafia dei pozzi

Grado di dettaglio della rappresentazione è funzione dello scopo dell’indagine: a scala locale si rappresentano anche le strutture minori

Struttura della pianura milanese

Il sottosuolo della Pianura Milanese è costituito da una serie sedimentaria Pilo-Pleistocenica con spessori di 1000 m.

Materiali presenti (dai + profondi):

• sedimenti marini: argille fossilifere e limi

• sedimenti di ambiente continentale e transizionale (regressione marina): sabbioso-argillosi

• sedimenti fluvio-glaciali: materiali grossolani (sabbia e ghiaia) con rare lenti argillose

Materiali + fini si trovano in profondità e spostandosi da N verso S

Nella pianura milanese sono distinti 4 Gruppi Acquiferi principali nei primi 500 m di profondità:

Dal c.M: Falde superficiale e Semiconfinata

(+ acquiferi sovrapposti)

Profondità tetto e base aumenta verso S (1.4%)

Tetto a S tra 230-330 m dal p.c.

Lunga 72 km, attraversa 28 comuni e considera 69 pozzi, totali di 933 record stratigrafici. Direzione NNO-SSE nella provincia di

Lodi. Non è è possibile individurare limite basale gruppo C.

Limite di tetto gruppo C:

• nell’alta pianura è a 140-150 m (profonde valli lisce)

• max profondità: 60 m.s.l.m. a Lodi

• sollevato dai thrust appenninici a Livraga (40 m.s.l.m.)

Caratterizzata da terrazzi. I depositi quaternari + superficiali sono stati messi in posto in seguito all’azione di trasporto dei f