Una gestione sostenibile delle acque sotterranee dei bacini idrografici costieri soggetti all’intrusione marina richiede la comprensione di sistemi interdipendenti fra acque superficiali e sotterranee attraverso metodiche di caratterizzazione che quantifichino i flussi di scambio fra questi sistemi. In primo luogo, una questione chiave per comprendere i processi di salinizzazione e di corretta gestione delle risorse idriche sotterranee, è quella di caratterizzare correttamente le proprietà fisiche della falda acquifera, la sua eterogeneità spaziale e l'interconnettività con corpi idrologici superficiali (Bear et al. 1999). Questo risultato è spesso ottenuto attraverso la ricostruzione di modelli geologici tramite diversi approcci, a seconda del livello di dettaglio richiesto (Shoemaker 2004). Congiuntamente deve essere valutata la variabilità verticale della qualità delle acque sotterranee in una falda acquifera soggetta a salinizzazione (Netzer et al. 2011), in quanto le acque marine sono caratterizzate da elevate densità e viscosità rispetto alle acque dolci creando stratificazioni verticali (Barlow 2003). Per queste ragioni servono metodiche speditive ma accurate per la quantificazione dei flussi delle acque sotterranee, che tengano conto dell’influenza dei liquidi a diversa densità che possono circolare all’interno delle falde costiere. In questo studio è stata sviluppata una metodica per la contemporanea caratterizzazione multi livello di gradienti idraulici, permeabilità intrinseca dei sedimenti e salinità delle acque sotterranee in piezometri standard. La metodica consiste nell’utilizzo di due packer gonfiabili che isolano una finestra di piezometro lunga 0.2 m, in cui viene posizionato un Levelogger LTC Solinst per il monitoraggio in continuo del carico idraulico, della temperatura e della conducibilità elettrica. Ai packer è connessa una pompa centrifuga in linea con variatore di flusso. Il sistema di packer viene sistemato alla profondità desiderata all’interno del piezometro. Successivamente vengono gonfiati i packer tramite compressore e si aspetta il raggiungimento dell’equilibrio piezometrico monitorando il livello del piezometro tramite freatimetro a contatto elettrico. Una volta ristabilito l’equilibrio piezometrico viene azionata la pompa centrifuga e viene monitorata la portata in uscita attraverso un conta litri ed un cronometro. Il Levellogger registra contemporaneamente l’abbassamento piezometrico indotto dal pompaggio e le eventuali variazioni di temperatura e conducibilità elettrica all’interno del tratto di acquifero isolato dai packer. L’eventuale monitoraggio durante la fase di pompaggio del carico piezometrico effettuato con Levelogger posizionati sopra e sotto i packer, consente di stabilire se vi siano perdite di carico all’interno del piezometro dovute al non perfetto isolamento dei packer. Come esempio, si riporta una prova effettuata su un piezometro della rete di monitoraggio dell’intrusione salina nell’acquifero freatico (Bonzi et al. 2010) perforato in Provincia di Ferrara. Il piezometro è profondo 13 m, completamente finestrato da -4 m s.l.m., con diametro di 2” ed è rivestito con geotessuto. Non è stato utilizzato ghiaietto siliceo per prevenire fenomeni di “cross-contamination” durante le fasi di campionamento multi livello. La figura 1 mostra un notevole gradiente di salinità fra la porzione sommitale dell’acquifero e la sua base, dove si registrano concentrazioni 2 volte superiori all’acqua di mare. Tali concentrazioni sono indice d’interazioni fra acque e sedimenti di ambienti lagunari e di retro barriera ipersalini. Oltre al gradiente salino si nota un elevato gradiente “piezometrico equivalente” (Post et al. 2007) che procede dal basso verso l’alto. Questo notevole gradiente verticale è probabilmente dovuto all’azione delle numerose idrovore della bonifica che richiamano acqua dagli strati più profondi dovendo drenare un territorio topograficamente inferiore al livello del mare. La completa salinizzazione dell’acquifero è però impedita dalla distribuzione verticale della permeabilità intrinseca, la quale diminuisce fino a due ordini di grandezza dal top dell’acquifero rispetto al suo basamento. Ciò è confermato anche dalla portata specifica che risulta quasi nulla fino a -9 m s.l.m. Ciò permette l’esistenza di una sottile lente di acqua dolce/salmastra ricaricata dalle piogge efficaci e dai canali. Per concludere, si può confermare che la metodica proposta può essere di aiuto nella caratterizzazione di acquiferi costieri salinizzati e nel chiarire i meccanismi di flusso delle acque sotterranee alla scala metrica all’interno di acquiferi eterogenei. I maggiori limiti di questa metodica sono dovuti alla tenuta idraulica dei packer, che deve essere verificata prima di intraprendere ogni misura; ma una volta verificata la tenuta, questa metodica permette anche un eventuale campionamento multilivello di acque in una sola campagna di misura.
Metodica di caratterizzazione multilivello di gradienti idraulici, permeabilità e conducibilità elettrica in acquiferi costieri salinizzati
GIAMBASTIANI, BEATRICE MARIA SOLE;
2012
Abstract
Una gestione sostenibile delle acque sotterranee dei bacini idrografici costieri soggetti all’intrusione marina richiede la comprensione di sistemi interdipendenti fra acque superficiali e sotterranee attraverso metodiche di caratterizzazione che quantifichino i flussi di scambio fra questi sistemi. In primo luogo, una questione chiave per comprendere i processi di salinizzazione e di corretta gestione delle risorse idriche sotterranee, è quella di caratterizzare correttamente le proprietà fisiche della falda acquifera, la sua eterogeneità spaziale e l'interconnettività con corpi idrologici superficiali (Bear et al. 1999). Questo risultato è spesso ottenuto attraverso la ricostruzione di modelli geologici tramite diversi approcci, a seconda del livello di dettaglio richiesto (Shoemaker 2004). Congiuntamente deve essere valutata la variabilità verticale della qualità delle acque sotterranee in una falda acquifera soggetta a salinizzazione (Netzer et al. 2011), in quanto le acque marine sono caratterizzate da elevate densità e viscosità rispetto alle acque dolci creando stratificazioni verticali (Barlow 2003). Per queste ragioni servono metodiche speditive ma accurate per la quantificazione dei flussi delle acque sotterranee, che tengano conto dell’influenza dei liquidi a diversa densità che possono circolare all’interno delle falde costiere. In questo studio è stata sviluppata una metodica per la contemporanea caratterizzazione multi livello di gradienti idraulici, permeabilità intrinseca dei sedimenti e salinità delle acque sotterranee in piezometri standard. La metodica consiste nell’utilizzo di due packer gonfiabili che isolano una finestra di piezometro lunga 0.2 m, in cui viene posizionato un Levelogger LTC Solinst per il monitoraggio in continuo del carico idraulico, della temperatura e della conducibilità elettrica. Ai packer è connessa una pompa centrifuga in linea con variatore di flusso. Il sistema di packer viene sistemato alla profondità desiderata all’interno del piezometro. Successivamente vengono gonfiati i packer tramite compressore e si aspetta il raggiungimento dell’equilibrio piezometrico monitorando il livello del piezometro tramite freatimetro a contatto elettrico. Una volta ristabilito l’equilibrio piezometrico viene azionata la pompa centrifuga e viene monitorata la portata in uscita attraverso un conta litri ed un cronometro. Il Levellogger registra contemporaneamente l’abbassamento piezometrico indotto dal pompaggio e le eventuali variazioni di temperatura e conducibilità elettrica all’interno del tratto di acquifero isolato dai packer. L’eventuale monitoraggio durante la fase di pompaggio del carico piezometrico effettuato con Levelogger posizionati sopra e sotto i packer, consente di stabilire se vi siano perdite di carico all’interno del piezometro dovute al non perfetto isolamento dei packer. Come esempio, si riporta una prova effettuata su un piezometro della rete di monitoraggio dell’intrusione salina nell’acquifero freatico (Bonzi et al. 2010) perforato in Provincia di Ferrara. Il piezometro è profondo 13 m, completamente finestrato da -4 m s.l.m., con diametro di 2” ed è rivestito con geotessuto. Non è stato utilizzato ghiaietto siliceo per prevenire fenomeni di “cross-contamination” durante le fasi di campionamento multi livello. La figura 1 mostra un notevole gradiente di salinità fra la porzione sommitale dell’acquifero e la sua base, dove si registrano concentrazioni 2 volte superiori all’acqua di mare. Tali concentrazioni sono indice d’interazioni fra acque e sedimenti di ambienti lagunari e di retro barriera ipersalini. Oltre al gradiente salino si nota un elevato gradiente “piezometrico equivalente” (Post et al. 2007) che procede dal basso verso l’alto. Questo notevole gradiente verticale è probabilmente dovuto all’azione delle numerose idrovore della bonifica che richiamano acqua dagli strati più profondi dovendo drenare un territorio topograficamente inferiore al livello del mare. La completa salinizzazione dell’acquifero è però impedita dalla distribuzione verticale della permeabilità intrinseca, la quale diminuisce fino a due ordini di grandezza dal top dell’acquifero rispetto al suo basamento. Ciò è confermato anche dalla portata specifica che risulta quasi nulla fino a -9 m s.l.m. Ciò permette l’esistenza di una sottile lente di acqua dolce/salmastra ricaricata dalle piogge efficaci e dai canali. Per concludere, si può confermare che la metodica proposta può essere di aiuto nella caratterizzazione di acquiferi costieri salinizzati e nel chiarire i meccanismi di flusso delle acque sotterranee alla scala metrica all’interno di acquiferi eterogenei. I maggiori limiti di questa metodica sono dovuti alla tenuta idraulica dei packer, che deve essere verificata prima di intraprendere ogni misura; ma una volta verificata la tenuta, questa metodica permette anche un eventuale campionamento multilivello di acque in una sola campagna di misura.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
