Riassunto esame Idrogeologia, prof. Scarascia, libro consigliato Prospezioni idrogeologiche, Celico

CARATTERISTICHE FISICO-CHIMICHE DELLE ACQUE SOTTERRANEE

Dipendono da vari fattori: composizione roccia-serbatoio, interazione acqua-roccia, condizioni idrodinamiche, tempi di residenza, mescolamento tra acque diverse.

Lo studio del chimismo delle acque consente di: ricostruire i circuiti, caratterizzare il bacino di alimentazione, individuare la zona di alimentazione e di drenaggio preferenziali.

Analisi chimiche

Ogni sale disciolto in acqua si dissocia in ioni positivi e negativi secondo un grado di dissociazione detto alfa:

α = Md / Ms

Md = molecole dissociate

Ms = molecole presenti prima della dissociazione

Alfa varia da 0 (dissociazione nulla) a 1 (dissociazione totale).

Per analisi chimica si intende l'insieme delle procedure atte a determinare la natura o la quantità degli ioni presenti nelle acque.

Le analisi vanno effettuate entro 72 ore dal prelievo; temperatura, pH ed ossigeno disciolto vanno misurati all'atto del prelievo.

Le metodologie di analisi sono diverse: analisi volumetrica (usando reagenti di concentrazione nota), analisi colorimetrica (in cui lo ione da analizzare viene trasformato in un suo composto la cui intensità di colorazione sarà proporzionale alla concentrazione), analisi spettrofotometrica (che sfrutta le proprietà delle sostanze di assorbire ed emettere determinate lunghezze d'onda).

La concentrazione degli ioni è espressa di solito in mg/ l oppure in milieq./ l; l'equivalente chimico è dato dal rapporto tra massa atomica dello ione e la sua valenza; i millieq./ l si ottengono dividendo il quantitativo dello ione presente in un litro di acqua per il suo peso equivalente.

Se l'analisi è corretta la somma dei milliequivalenti positivi e di quelli negativi deve coincidere a pH prossimo a 7; dove inoltre essere soddisfatta la seguente relazione:

∑ anioni - ∑ cationi ≤ ± (0,1065 + 0, 0f552 anioni )

Di solito il controllo si effettua sugli otto ioni principali: CALCIO, MAGNESIO, SODIO, POTASSIO, IDROCARBONICO, CLORO, SOLFATO, NITRATO.

Ecco ora un esempio di presentazione dati:

Principali parametri chimico-fisici di interesse idrogeologico

Temperatura

Escrita un ruolo importante sulla salinità, sul pH, sulla condicibilità e può dare indicazioni sui circuiti sotterranei e su eventuali mescolamenti.

Il termometro deve poter rilevare i decimi di grado e deve restare immerso per almeno 10 minuti; parallelamente si deve rilevare la temperatura istantanea dell'aria e la media giornaliera. È importante rilevare la temperatura dell'aria perché può influenzare quella dell'acqua. Le acque piovane giungono al suolo con una T di 2-3° inferiore a quella dell'aria; una volta infiltrate si pongono in equilibrio termico con l'acquifero. La temperatura dell'acquifero dipende da due fattori: radiazioni solari, gradiente geotermico.

Schoeller distingue tre zone termiche: di etemometria giornaliera, di etemometria annuale, di omotermia.

Etremometria giornaliera

zona sensibile alle variazioni diurne della T e si estende fino a 1 metro nelle rocce porose ed a 2 metri in quelli litoidi, quindi influenza solo le falde sub-affioranti e in maniera marginale.

Etremometria annuale

si estende fino a 15- 17 metri nelle rocce porose e fino a 24-27 metri nei calcari e fino a 34-39 metri nei graniti.Le variazioni termiche annuali delle acque in falda sono meno accentuate di quelle dell'aria e al di sotto della zona T costante tra fine esorsne e fres Carvall.

Quindi la T di sbocco dipende: temperatura di infiltrazione, profondità di circolazione, condizioni idrodinamiche dell'acquifero.La T di infiltrazione dipende da: stagione, latitudine, altitudine.

• Se la circolazione è superficiale allora gli acquiferi esposti a Nord daranno acque più fredde; inoltre sempre nel caso di acquiferi superficiali si deve tener presente la vegetazione che mantiene il suolo più fresco in estate e più caldo in inverno delle aree nude.
• Per le acque con circolazione lenta e abbastanza profonda l'influenza principale è data dalla profondità, dal gradiente geotermico e dalla velocità di ricarico e di risalita; comunque in questi tipi di acquiferi le oscillazioni di temperatura sono molto contenute
• Ruolo importante si riveste anche del tipo di acquifero: nelle rocce porse la circolazione è lenta e quindi le escursioni sono più contenute; quella calcarioche la circolazione più veloce.

Se la falda si sviluppa principalmente nella zona di omotermia la T può essere influenzata anche dai tempi di permanenza nelle zone sorgenti: più è variabile più varieranno le T (perché è più difficile raggiungere un equilibrio con la roccia).

In base alla temperatura media annua le acque vengono, alle nostre latitudini, suddivise così da Mouren:

Siccome Ca e Mg sono presenti nelle acque come carbonati, bicarbonati, solfati, cloruri e nitrati si distinguono due tipi di durezza: TEMPORANEA e PERMANENTE.

La durezza temporanea è dovuta ai soli bicarbonati:è l’aliquota che viene eliminata tramite ebollizione con precipitazione dei carbonati e liberazione di anidride carbonica:

Ca (HCO₃)₂ CaCO₃ + H₂O + CO₂

La durezza permanente è dovuta ai cloruri, ai solfati ed ai nitrati che si eliminano tramite addolcimento.

La somma delle due durezze è la durezza totale. In Italia la durezza totale si esprime in mg/l o in °F: 1 °F=10 mg/l. Può essere determinata trasformando i tenori di vari ioni in mg/l di carbonato di calcio come è mostrato nella tabella sotto riportata:

Basta moltiplicare il tenore in mg/l dei vari ioni per i rispettivi coefficienti e sommare le quantità ottenute per avere il tenore in Carbonato di Calcio in mg/l o Durezza Totale.

Il Desio propone la seguente classificazione delle acque in base alla durezza:

Le acque più dure sono quelle che circolano in acquiferi calcarei, dolomitici ed evaporitici e per tempi molto lunghi; le più dolci circolano in acquiferi silicici.

Chimismo

La salinità totale , la conducibilità e la durezza possono presentare valori uguali anche in caso di composizione chimica completamente diversa per cui è necessario fare altre determinazioni per caratterizzare un’acqua.

ANIONI.Il più diffuso è quello idrocarbonico perchè deriva dalla dissoluzione dei carbonati di Ca e Mg molto diffusi nelle rocce.Il tenore è elevato nelle acque circolanti in carbonati e basso nelle rocce cristalline, nelle arenarie e nelle rocce silicee.

Lo ione carbonato invece è molto più raro:il quantitativo è trascurabile rispetto ai bicarbonati quando il pH è minore od uguale ad 8,3. I bicarbonati sono dovuti alla presenza di CO₂ nelle acque;quindi i bicarbonati aumentano nelle acque a T più bassa e dove c’è una grossa produzione di CO₂ . I tenori in carbonati combinati oscillano tra 90 e 270 mg/l e raramente vanno sopra i 300 mg/l;tenori più elevati sono da porre in relazione con zone ricche di materia organica con conseguente produzione di anidr. carbonica, con zone di riduzione dei solfati, e con la venuta di anidr. carbonica di origine magmatica o metamorfica.