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Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo Uso dei traccianti negli acquiferi Misure in sito di Parametri Idrodispersivi -

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Presentazione sul tema: "Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo Uso dei traccianti negli acquiferi Misure in sito di Parametri Idrodispersivi -"— Transcript della presentazione:

1 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo Uso dei traccianti negli acquiferi Misure in sito di Parametri Idrodispersivi - Esempio applicativo Palermo, 30 Marzo 2007 DIIAA Dott. Ing. Alfredo Lanza

2 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza2 RiferimentoRiferimento Le prove effettuate in campo nel 1982 da parte di S. Troisi, M. Vurro e A. Di Fazio in Puglia. I relativi risultati sono stati pubblicati nel 1985 nel Quaderno 69 dell’Istituto di Ricerca sulle Acque del C.N.R. dal titolo: Studio Metodologico di parametri idrodispersivi mediante misure in situ.

3 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza3 Acquifero studiato 2 parametri da determinare:  coefficiente di dispersione D  porosità cinematica  Acquifero prescelto per le prove di campo: Nardò, nella penisola Salentina in Puglia. L’acquifero di Nardò è di natura calcarea e fessurato.

4 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza4 Ubicazione dell’acquifero

5 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza5 Scelta del tracciante I traccianti utilizzati in queste prove sono stati: Rodamina WT (C 13 H 10 O) – colorante xantenico anionico la cui concentrazione minima rilevabile è g/g di soluz. Ioduro di Na – tracciante salino anionico universale la cui concentrazione minima rilevabile è g/g di soluz. La scelta è ricaduta su questi due traccianti anionici poiché: sono solubili in acqua e quindi facilmente veicolabili; sono poco adsorbiti dalla matrice porosa di natura calcarea; sono rilevabili a concentrazione molto basse.

6 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza6 Prove effettuate Il metodo utilizzato è stato quello radial- convergente di Sauty. Le prove sono state effettuate utilizzando soltanto 2 pozzi, condizione di minimo indispensabile, per ragioni economiche. Un maggior numero di pozzi, con opportuna disposizione, avrebbe garantito una maggiore precisione e rappresentatività delle misure.

7 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza7 Schema ottimale della disposizione dei pozzi Ipotetici pozzi che, insieme al pozzo A, avrebbero dato uno schema ottimale per le prove.

8 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza8 Prove effettuate Sono state effettuate due tipi di prove: in moto forzato in moto naturale non disturbato Questa scelta è stata dettata dalle caratteristiche dell’acquifero ed ha consentito di effettuare un confronto tra i valori dei parametri ottenuti nelle diverse prove.

9 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza9 Prove in moto forzato Nelle prove in moto forzato si effettua un pompaggio nel pozzo di campionamento (B) per richiamare i filetti fluidi dal pozzo d’immissione (A). Il pozzo A è a monte del pozzo B rispetto al moto idrico. Nel pozzo d’immissione è presente un circuito di riciclo, attraverso il quale s’immette il tracciante e lo si omogeneizza con l’acqua di falda. Il pompaggio causa un abbassamento del livello piezometrico indisturbato della falda di circa 25 – 30 cm per l’intera durata della prova.

10 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza10 Schema di esecuzione prove in moto forzato

11 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza11 Prove in moto naturale non disturbato Si immette il tracciante in A e si esegue il campionamento nel pozzo a valle (B). Poiché il mezzo poroso è roccia fessurata, si è previsto, in fase di progettazione delle prove, di effettuare “blandi” pompaggi nel pozzo B per tempi brevi. La portata scelta per tali pompaggi è stata tale da non causare una depressione del livello piezometrico statico di oltre 1 cm per non oltre 1 ora al giorno.

12 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza12 Schema di esecuzione delle prove in moto quasi naturale

13 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza13 ProcedimentoProcedimento Scelta dei luoghi; Scelta del pozzo di pompaggio (B) e campionamento salinometrico delle acque in esso contenute; Determinazione delle quote e dei livelli piezometrici della zona (ricostruzione dell’andamento altimetrico e delle isofreatiche); Ubicazione del pozzo di immissione (A), ovvero scelta della posizione del pozzo A; Realizzazione del pozzo d’immissione.

14 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza14 Campionamento salinometrico del pozzo di prelievo

15 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza15 Andamento delle isofreatiche L’andamento delle isofreatiche ha consentito di stabilire la direzione di deflusso naturale delle acque sotterranee. Pozzo di prelievo o principale (B)

16 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza16 Pozzo d’immissione (piezometro) La trivellazione è stata eseguita con sonda a rotazione continua di diametro 130 mm, raffreddata da acqua pulita, fino ad una profondità di 51,50 m. Carotaggio del terreno in corrispondenza del pozzo. Il foro è stato rivestito con tubo di plastica di diametro 106/110 mm per l’intera altezza della falda; Tale rivestimento è stato sfinestrato per una superficie non inferiore al 20 % della superficie totale del tubo. Sono stati inseriti 17 tubi lunghi 3 m per una lunghezza totale di 51 m; solo i primi 5 (= 15 m) sono stati sfinestrati.

17 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza17 Ubicazione del pozzo di immissione (area del Consorzio di Bonifica dell’Arneo)

18 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza18 Tubi sfinestrati Schema sfinestratura

19 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza19 Carote estratte dal piezometro Carota estratta da –46,5 m a –48,0 m Carota estratta da –14,8 m a –19,0 m

20 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza20 Prove in moto forzato Prove condotte tra la fine di Giugno e i primi di Luglio In tale periodo erano in corso continui emungimenti dall’acquifero a scopo irriguo.

21 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza21 Prove in moto forzato Condizioni nei due pozzi Pozzo di pompaggio [m] Pozzo di iniezione [m] Profondità dal livello del suolo49,9551,50 Livello statico dal livello del suolo36,5436,542 Carico idraulico sul mare1,0111,013 Spessore d’acqua nel pozzo13,1114,95 Distanza dal mare6.500

22 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza22 Prove in moto forzato Sono state eseguite 3 prove successive a diverse portate di prelievo: Prova N m 3 /h Prova N m 3 /h Prova N m 3 /h

23 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza23 Prove in moto forzato Pompe In entrambi i pozzi sono state posizionate delle pompe sommerse a 47 m di profondità. Nel pozzo di iniezione è stata utilizzata nel circuito di riciclo una pompa da 5 CV, che alla portata massima di circa 10 m 3 /h induceva un abbassamento del livello piezometrico di circa 4 cm. Nel pozzo di pompaggio è stata utilizzata una pompa da 80 CV, che alla portata massima di circa 130 m 3 /h induceva un abbassamento del livello piezometrico di circa 13 cm.

24 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza24 Prove in moto forzato Circuito di riciclo Sulla mandata del pozzo di iniezione è stato installato un circuito di riciclo di polietilene nero con lo scopo di: –immettere il tracciante; –omogeneizzare il tracciante per lo spessore interessato della falda nel pozzo; –prelevare i campioni relativi alla modalità di immissione. La portata di riciclo era misurata continuamente.

25 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza25 Prove in moto forzato Condotta di allontanamento Sulla mandata del circuito del pozzo di pompaggio è stata montata una condotta con lo scopo di allontanare l’acqua marcata prelevata dal punto di misura ed evitare suoi rapidi ed incontrollati ritorni in falda.

26 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza26 Disposizione delle pompe e dei circuiti nelle prove in moto forzato

27 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza27 Scarico della tubazione di allontanamento e serbatoio per il controllo volumetrico Per controllare i valori delle portate di prelievo sono state eseguite periodicamente delle misure volumetriche nel punto di scarico della condotta di allontanamento.

28 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza28 Prove in moto forzato Immissione dei traccianti Dopo aver raggiunto delle condizioni idrauliche stazionarie, l’acqua è stata marcata prima con il tracciante fluorescente, la Rodamina WT, successivamente con lo Iodio sotto forma di NaI. La Rodamina WT è stata utilizzata per ottenere in situ un andamento qualitativo della concentrazione: era infatti possibile effettuare la sua misura in continuo con un fluorimetro.

29 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza29 Prove in moto forzato Immissione dei traccianti La conoscenza dell’andamento qualitativo delle prove ha reso possibile l’ottimizzazione della frequenza di campionamento dello NaI. Lo Ioduro di Na è stato analizzato in laboratorio mediante analisi per attivazione ed ha dato l’andamento quantitativo.

30 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza30 Prove in moto forzato Immissione dei traccianti La Rodamina WT è stata iniettata sotto forma di soluzione (100 ml di soluz. conc. in 8 l di acqua) con diluizione teorica di partenza pari a 0,755 l di soluzione di Rodamina per m 3 di acqua contenuta nel pozzo. Lo Ioduro di Na è stato immesso a concentrazione crescente nelle 3 prove (sciogliendo lo NaI in 8 l di acqua): Provag di NaImg di I 2 / l N N. 244,5283 N

31 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza31 Prove in moto forzato Esaurimento della Rodamina WT La concentrazione di Rodamina WT nel pozzo di immissione è stata determinata da prelievi eseguiti: –all’inizio delle prove ad intervalli di circa 5 minuti; –successivamente, al procedere verso l’esaurimento del tracciante, si è arrivati ad intervalli di 30 minuti.

32 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza32 Prove in moto naturale Prove condotte tra la fine di Settembre e la fine di Ottobre In tale periodo le condizioni del moto erano naturali non disturbate in quanto gli emungimenti a scopo irriguo erano terminati.

33 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza33 Prove in moto naturale Condizioni nei due pozzi Pozzo di pompaggio [m] Pozzo di iniezione [m] Profondità dal livello del suolo49,9551,50 Livello statico dal livello del suolo36,54236,615 Carico idraulico sul mare1,0111,009 Spessore d’acqua nel pozzo13,10814,885 Distanza dal mare6.500

34 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza34 Prove in moto naturale Pompe Come nelle prove in moto forzato, in entrambi i pozzi sono state posizionate delle pompe sommerse a 47 m di profondità. Nel pozzo di iniezione è stata utilizzata nel circuito di riciclo una pompa da 3 CV, che riciclava alla portata di 0,84 m 3 /h. Nel pozzo di pompaggio è stata utilizzata una pompa da 5 CV, che lavorava con una portata di 0,24 m 3 /h. Ciò induceva un abbassamento del livello piezometrico di non più di 1 cm.

35 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza35 Prove in moto naturale Circuito di riciclo Nel pozzo di immissione è stato mantenuto lo stesso circuito di riciclo utilizzato nelle prove in moto forzato, ma montato in modo diverso.

36 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza36 Prove in moto naturale Immissione dei traccianti Dopo aver introdotto nel pozzo di immissione la Rodamina WT, si è proceduto all’omogeneizzazione mediante pompa di riciclo per circa 1 ora. Il giorno dopo è stato introdotto lo Ioduro di Na.

37 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza37 Prove in moto naturale Prelievo dei campioni In base ai risultati ottenuti con la Rodamina è stato deciso di prelevare: –3 campioni al giorno per la prima settimana; –1 campione al giorno per la seconda settimana; –1 campione ogni 3 giorni per le settimane successive.

38 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza38 Risultati delle prove Prove in moto forzato –Curve di esaurimento della Rodamina e dello Iodio per le 3 prove –Curve di restituzione della Rodamina e dello Iodio per le 3 prove Prove in moto naturale –Curve di esaurimento della Rodamina e dello Iodio –Curve di restituzione della Rodamina e dello Iodio

39 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza39 Prove in moto forzato Gli abbassamenti della superficie freatica sono stati considerati trascurabili. Infatti: per Q = 112 m 3 /h la superficie freatica del pozzo di pompaggio ha avuto un abbassamento di 11 cm (da confrontarsi con lo spessore d’acqua in quel pozzo in condizioni statiche: 12,34 m).

40 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza40 Prove in moto forzato Abbassamento del livello piezometrico

41 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza41 Prove in moto forzato Curva di esaurimento della Rodamina Prova N. 1 (Q = 112 m 3 /h) Concentrazione: 100 unità di fluorescenza = 2,5 · l/l Concentrazione ore

42 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza42 Prove in moto forzato Curva di esaurimento dello Iodio Prova N. 1 (Q = 112 m 3 /h) ore Concentrazione mg/l

43 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza43 Prove in moto forzato Curva di esaurimento della Rodamina Prova N. 3 (Q = 25 m 3 /h) Concentrazione: 100 unità = 2,5 · l/l ore Concentrazione

44 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza44 Prove in moto forzato Curva di esaurimento dello Iodio Prova N. 3 (Q = 25 m 3 /h) ore Concentrazione mg/l

45 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza45 Prove in moto forzato Dai diagrammi semi-log delle curve di esaurimento dei traccianti si ricava, facendo una media per le tre prove, che l’intervallo di tempo per avere una diminuzione della concentrazione dei traccianti di un fattore 10 è t = 13 minuti.

46 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza46 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Diagramma semi-log delle curve di esauirimento dei traccianti tempo (minuti) Rodamina WT C 0 /C = 10 t =14,5 min Iodio C 0 /C = 10 t =14 min Prova N. 1 (112 m 3 /h) Concentrazione 20400

47 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza47 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Determinazione della velocità media di esaurimento dei traccianti L’espressione che dà la V media di esaurimento si ricava a partire dalla relazione ( proposta da Guizerix et al., 1967) dove W 0 = H  (D’) 2 /4 è il volume d’acqua contenuto per tutto lo spessore dell’acqua nel pozzo; S = DH  è la “sezione efficace” trasversale per il flusso d’acqua. Questo metodo è detto di diluizione puntuale e considera la diminuzione di concentrazione del tracciante rappresentata da una curva esponenziale.

48 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza48 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Determinazione della velocità media di esaurimento dei traccianti Si ottiene: in cui: –D’ e D sono i diametri, interno (106 mm) ed esterno (110 mm), del tubo sfinestrato; –  è un coefficiente che dipende dalla sfinestratura (in questo caso 20%) che è stato assunto pari a 1,8; –t è il tempo necessario ad avere una diminuzione di un fattore 10 nella concentrazione dei traccianti (13 minuti). E quindi: V = 11,3 m/d = 0,471 m/h

49 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza49 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Significato di   D

50 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza50 Prove in moto forzato Curva di restituzione della Rodamina Prova N. 1 (Q = 112 m 3 /h) ore Concentrazione Concentrazione: 100 unità = 2,5 · l/l

51 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza51 Prove in moto forzato Curva di restituzione dello Iodio Prova N. 1 (Q = 112 m 3 /h) ore Concentrazione mg/l

52 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza52 Prove in moto forzato Le curve di restituzione dei traccianti presentano un andamento crescente rapidamente, all’inizio della prova, fino a raggiungere un punto di massimo, dopo si ha una discesa quasi esponenziale.

53 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza53 Prove in moto forzato Dalle curve di restituzione dei traccianti si ricavano le curve normalizzate che si ottengono dividendo le concentrazioni per l’area sottesa dalla curva sperimentale.

54 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza54 Prove in moto forzato Curve di restituzione normalizzate Prova N. 1 (Q = 112 m 3 /h) ore ore -1

55 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza55 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Curve di restituzione normalizzate Rodamina WT ore -1 ore

56 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza56 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Curve di restituzione normalizzate Iodio ore -1 ore

57 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza57 Prove in moto forzato Le curve di restituzione normalizzate, sia nel caso della Rodamina WT che dello Iodio, si abbassano al diminuire della portata di pompaggio. Da ciò gli Autori hanno dedotto che al diminuire della portata si recupera meno tracciante.

58 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza58 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Determinazione del coefficiente di dispersione D con il metodo di Sauty Relazione di partenza: in cui: –K è una costante di proporzionalità funzione di t r max –C r = C/C max e t r = t/t C –t C = tempo medio di trasferimento tra P.I. e P.P. in modo radial-convergente a Q = cost. e quindi t C = W/Q =  r 2 H/Q

59 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza59 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Determinazione del coefficiente di dispersione D con il metodo di Sauty Nel calcolare il volume W dobbiamo tenere conto della porosità  poiché  W è un volume d’acqua. Indicando con V (r) la velocità alla distanza r dal P.P., cioè la velocità di esaurimento del tracciante nel P.I., si ha: Pé = V (r) ·r/D e poiché V (r) = Q/(2  rH  ), si ottiene t r = 2·t·V (r) /r. r H

60 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza60 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Determinazione del coefficiente di dispersione D con il metodo di Sauty (continuazione) Sostituendo queste espressioni di Pé e di t r nella relazione che fornisce C r, si ottiene C r in funzione di t. D’altra parte, la relazione di Sauty si traduce in un abaco (C r in funzione di t) facendo variare V (r) e D. Le curve dell’abaco avranno a parametro il numero di Péclet (Pé = V (r) ·r/D ).

61 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza61 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Determinazione del coefficiente di dispersione D con il metodo di Sauty (continuazione) Dalla sovrapposizione della curva sperimentale all’abaco si ottiene il valore di Pé e quindi quelli di D e di V (r).

62 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza62 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Abaco di Sauty per iniezione istantanea, metodo radial- convergente trtr CrCr Pé=

63 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza63 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Determinazione della porosità cinematica  Dal valore di V (r) si risale a quello di  porosità cinematica:  = Q/(2  r · H · V (r) ).

64 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza64 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Tab. 1 - Risultati dopo correzioni per le curve di restituzione PROVA (Q, m 3 /h) N. 1 (112)N. 2 (50)N. 3 (25) TraccianteRod. WTIodioRod. WTIodioRod. WTIodio Pé [-]0,40,30,20,60,50,6 V [m/h]0,970,50,240,140,670,91 D [m 2 /h]26,431,121,920,715,717,5  [m] 27,262,291,2147,823,419,2  12,724,622,9394,13

65 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza65 Prove in moto forzato L’andamento delle curve sperimentali e normalizzate di restituzione farebbe pensare ad un flusso a completa miscelazione che, evidentemente, in questo caso (acquifero di calcare fessurato) non si può avere. Si è quindi ipotizzato che il moto si sviluppi su più letti: la curva di restituzione si può pensare come la somma degli effetti dei singoli letti.

66 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza66 Prove in moto forzato Somma dei singoli effetti nell’ipotesi di moto sviluppato su più letti.

67 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza67 Prove in moto forzato Poiché la maggior parte del tracciante passa attraverso gli strati più permeabili nelle prime 2 ore di osservazione, si può modificare la prima parte della curva di restituzione prolungandola esponenzialmente.

68 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza68 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Tab. 2 - Risultati dopo correzioni con estrapolazione esponenziale per le curve di restituzione PROVA (Q, m 3 /h) N. 1 (112)N. 2 (50)N. 3 (25) TraccianteRod. WTIodioRod. WTIodioRod. WTIodio Pé [-] V [m/h]4,14,31,8 1,5 D [m 2 /h]25,927,220,420,217,017,1  [m] 6,46,311,210,911,411,5  32,8331,8

69 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza69 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Confronto risultati Tab. 1  - Tab. 2  PROVA (Q, m 3 /h) N. 1 (112)N. 2 (50)N. 3 (25) TraccianteRod. WTIodioRod. WTIodioRod. WTIodio Pé [-]0,40,30,20,60,50,6 Pé [-] V [m/h]0,970,50,240,140,670,91 V [m/h]4,14,31,8 1,5 D [m 2 /h]26,431,121,920,715,717,5 D [m 2 /h]25,927,220,420,217,017,1  [m] 27,262,291,2147,823,419,2  [m] 6,46,311,210,911,411,5  12,724,622,9394,13  32,8331,8

70 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza70 Prove in moto forzato Interpretazione qualitativa del moto tra i due pozzi Si potrebbe considerare che il trasferimento dell’acqua marcata avvenga per “camminamenti” diversi con velocità diverse. La velocità corrispondente al pozzo d’iniezione era dell’ordine di 0,46 m/h, negli altri camminamenti le velocità erano più grandi o più piccole.

71 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza71 Prove in moto forzato Prove in moto forzato Schema per l’ipotesi qualitativa di moto idrico secondo diversi camminamenti

72 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza72 Prove in moto naturale Le iniezioni di tracciante sono state effettuate con modalità assimilabili a quelle istantanee. I campioni d’acqua sono stati prelevati: –dal pozzo d’iniezione dopo omogeneizzazione di circa 1 ora alla portata di 0,84 m 3 /h; –dal pozzo di estrazione dopo un pompaggio di 30 minuti alla portata di 0,24 m 3 /h.

73 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza73 Prove in moto naturale Curva di esaurimento della Rodamina Concentrazione ore Concentrazione: 100 unità = 8,7 · l/l

74 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza74 Prove in moto naturale Curva di esaurimento dello Iodio Concentrazione,  g/l ore

75 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza75 Prove in moto naturale Le curve di esaurimento dei traccianti sono composte da più tratti, ognuno dei quali corrisponde ad una omogeneizzazione. Ognuno di questi tratti, per ciascuna curva di esaurimento, può essere considerato corrispondente ad una nuova iniezione con concentrazione di tracciante inferiore alla precedente.

76 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza76 Prove in moto naturale Le curve sperimentali di restituzione sono state ottenute da campioni prelevati dal pozzo di estrazione (P.P.). Anche per le prove in moto naturale sono state ricavate le curve di restituzione normalizzate.

77 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza77 Prove in moto naturale Curva di restituzione dello Iodio Concentrazione,  g/l ore Curva di restituzione della Rodamina Concentrazione ore Concentrazione: 100 unità = 8,7 · l/l

78 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza78 Prove in moto naturale Curve di restituzione normalizzate ore ore -1

79 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza79 Prove in moto naturale Per interpretare l’andamento di queste curve è stato necessario apportare alcune correzioni. Considerando la curva di esaurimento dello Iodio, i primi tre tratti (corrispondenti alle prime 3 omogeneizzazioni) sono stati prolungati verso lo zero in modo esponenziale a partire dal valore massimo per ciascun tratto. - (Prima correzione).

80 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza80 Prove in moto naturale Curva di esaurimento dello Iodio Omogeneizzazione 1a1a 2a2a 3a3a Concentrazione, mg/l ore

81 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza81 Prove in moto naturale Si è quindi considerato la curva di restituzione totale come somma di più contributi dovuti alle diverse omogeneizzazioni. Ciascun contributo ha uno sfasamento rispetto alla prima omogeneizzazione: –7,5 ore per la seconda omogeneizzazione; –12,5 per la terza omogeneizzazione; deducibili dalla figura vista prima.

82 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza82 Prove in moto naturale Curva di restituzione totale dello Iodio e contributi delle prime omogeneizzazioni

83 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza83 Prove in moto naturale Sottraendo alla curva di restituzione totale i contributi dovuti dalla seconda e terza omogeneizzazione si è ottenuta la curva che dà il contributo reale della prima omogeneizzazione alla restituzione dello Iodio.

84 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza84 Prove in moto naturale Curva di restituzione totale dello Iodio e contributo reale della prima omogeneizzazione

85 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza85 Prove in moto naturale Dall’osservazione della curva “contributo reale” si nota, intorno alla trentesima ora di osservazione, una variazione di pendenza seguita da una piccola risalita. Si è, quindi, ipotizzato la presenza di due camminamenti dal P.I. al P.P., con tempi di arrivo e ascissa del massimo di concentrazione diversi. - (Seconda correzione)

86 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza86 Prove in moto naturale Tale curva è stata scomposta in due: –una che coincide nella parte iniziale con la curva reale; –l’altra con un andamento simile alla restituzione della Rodamina, con un tempo di apparizione intorno alle 20 ore ed un massimo a circa 30 ore.

87 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza87 Prove in moto naturale Concentrazione,  g/l Curve di restituzione reale e parziali dello Iodio nell’ipotesi di due camminamenti tra P. I. e P. P. ore

88 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza88 Prove in moto naturale Prove in moto naturale Diagramma semi-log della curva di esaurimento della Rodamina WT La diminuzione di un fattore 10 della concentrazione è stata ottenuta in 155 minuti. Concentrazione: 100 unità = 8,7 · l/l Concentrazione ore

89 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza89 Prove in moto naturale Prove in moto naturale Determinazione della velocità orizzontale di filtrazione Analogamente alle prove in moto forzato la velocità di filtrazione si determina con il metodo di diluizione puntuale. Con t = 155 minuti si ricava: V = 0,95 m/d = 0,0396 m/h

90 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza90 Prove in moto naturale La velocità reale (effettiva) è data dal rapporto tra distanza r dei due pozzi ed il tempo medio di transito t: V e = r/t La porosità cinematica (  ) si ricava come rapporto tra V di filtrazione e V e :  =  V/V e.

91 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza91 Prove in moto naturale Prove in moto naturale Risultati ottenuti con il metodo di diluizione puntuale TraccianteRodamina WTIodio t [h]46,338,3 V e [m/h]0,250,30  (%) 1613

92 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza92 Prove in moto naturale Prove in moto naturale Risultati ottenuti con il metodo di Sauty TraccianteRodamina WTIodio V e [m/h] 0,29  0,36 0,70  [m]9,5  2,3 2,3 D [m 2 /h] 2,7  0,8 1,6  (%)14  11 5,6

93 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza93 Valori dei Parametri Gli autori hanno ipotizzato che i valori dei parametri ottenuti con il metodo di Sauty nelle prove in moto naturale erano idonei a rappresentare l’acquifero: –Velocità di Darcy = 1 m/d = 0,042 m/h –Velocità reale = 10 m/d = 0,42 m/h –  = 2,9 m –D = 2 m 2 /h –  = 10 %

94 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza94 ConclusioniConclusioni I risultati ottenuti dalle prove in moto forzato non sono adeguati al metodo utilizzato poiché l’acquifero in oggetto è di calcare fessurato, mentre il metodo di Sauty è stato elaborato per un sistema filtrante poroso. Le prove in moto naturale, sotto le ipotesi di cammini preferenziali aventi ognuno velocità diverse, hanno dato risultati interessanti.

95 Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica ed Ambientale - XXI Ciclo 30 Marzo 2007Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza95 ConclusioniConclusioni Lo studio è stato condotto su una sola area dell’acquifero in esame e sono stati utilizzati soltanto 2 pozzi per ragioni economiche e di scarsa disponibilità iniziale di informazioni specifiche. L’estrapolazione dei dati ottenuti ad altre aree dello stesso acquifero non è lecita se non dopo verifiche in altre aree dell’acquifero.


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