La salinizzazione degli acquiferi costieri LM-75: 2016/2017 SCIENZE E TECNOLOGIE PER L’AMBIENTE E IL TERRITORIO La salinizzazione degli acquiferi costieri Prof. Micòl Mastrocicco E-mail: micol.mastrocicco@unina2.it Tel: 0823 274609 Cell: 349 3649354

Definizione di acquifero costiero Un acquifero si definisce costiero quando è parzialmente o totalmente delimitato dal mare. Le caratteristiche principali di un acquifero costiero sono: buoni caratteri di permeabilità delle rocce affioranti lungo lo sviluppo costiero e/o sul fondo marino il livello base della circolazione idrica sotterranea coincide con il livello medio- mare il deflusso della falda avviene attraverso sorgenti costiere (subaeree o subacquee), normalmente drenanti acque salmastre le acque dolci di falda sono sostenute alla base da acque salate di origine marina penetrate entroterra (superficie di fondo definita e variabile = general head boundary) EUROPA: Sup. 10.090.571 Km2 Sviluppo cost. 100.000 Km ITALIA: Sup. 301.340 Km2 (~ 3%) Sviluppo cost. 7.458 Km (~ 7.5%)

Interfaccia acqua dolce - acqua salata Tra le due fasi si presume l’esistenza di un limite di separazione, detto interfaccia, sebbene la miscibilità tra acqua dolce e acqua salata non permetta che questa interfaccia sia netta. In realtà al posto dell’interfaccia netta, esiste una zona di miscelamento, detta zona di transizione. I principali fenomeni che determinano lo spessore della zona di transizione sono la diffusione e la dispersione.

Legge di Ghyben-Herzberg I principali controlli fisici sulla posizione dell’interfaccia acqua dolce - acqua salata furono stabiliti indipendentemente agli inizi del secolo da Ghyben (1889) e Herzberg (1901). Il calcolo della profondità dell’interfaccia si basa sull’equilibrio statico di due colonne di differente densità. PA = pressione idrostatica in A g = accelerazione di gravità t = carico idraulico della falda sul livello del mare (m) h = profondità dell’interfaccia dal livello del mare (m) s = densità dell’acqua di mare (1025 Kg/m3 a circa 35 g/l di contenuto salino) d = densità dell’acqua dolce di falda (circa1000 Kg/m3 ).

Legge di Ghyben-Herzberg In pratica, considerando una densità di 1 g/cm3 per l'acqua dolce e 1,025 g/cm3. L'equazione può essere semplificata: h = 40 t. Si noti che in base alla densità reale dell’acqua dolce e dell’acqua salata, il coefficiente varia tra 33 e 50. Applicabilità della Legge Sia la legge generale che l’espressione semplificata sono applicabili nel caso di acqua dolce che circola su acqua salata immobile (carico piezometrico dell’acqua salata nullo), con gradiente piezometrico basso, flusso della falda orizzontale, zona di transizione con spessore trascurabile e in acquiferi di elevata inerzia cioè poco sensibili alle precipitazioni e alle variazioni stagionali. Occorre tuttavia notare che: l’acqua di mare non può considerarsi perfettamente immobile: essa deve ritenersi dotata di movimento almeno nelle zone più prossime alla costa (es.: effetto delle maree) esistono componenti verticali della velocità in prossimità della costa laddove la sezione di flusso diminuisce l'acqua dolce e l'acqua salata sono due liquidi perfettamente miscibili tra loro, per cui al posto di una interfaccia netta esiste in realtà una zona a salinità variabile

L’intrusione marina Con il termine intrusione marina si definisce il movimento temporaneo o permanente di acqua salata verso l’interno dell’acquifero, in grado di compromettere in breve tempo le caratteristiche qualitative di grandi volumi di acqua. Questo processo è conseguenza della diminuzione del flusso d’acqua dolce verso mare, dovuta sia a cause naturali, come la diminuzione della ricarica efficace dovuta ad una diminuzione delle precipitazioni (cambiamenti climatici); sia ad interventi antropici, come il sovrafruttamento dell’acquifero dovuto a pompaggi eccessivi nelle zone costiere. L’intrusione marina può anche avvenire per l’aumento del flusso di acqua salata verso l’entroterra, ad esempio a causa dell’innalzamento del livello medio marino. L'intrusione può essere distinta in laterale, quando l’acqua salata proviene lateralmente dalla costa (formazione di cunei e lingue d'acqua salata) o dal basso (upconing), quando la massa d'acqua salata, soggiacente alle acque dolci di falda, è richiamata verso l'alto (formazione di coni e creste di acqua salata)

Actual lateral SWI & upconing

Autonomous salinization

Sovrasfruttamento Avviene se l’estrazione di acque dolci dall’acquifero supera un certo limite (safe yield). Mentre per un acquifero continentale le conseguenze sono l’abbassamento dei carichi idraulici e la riduzione della portata delle sorgenti, in acquiferi costieri si ha salinizzazione delle acque dolci. In un acquifero continentale la ricarica determina la crescita dei carichi idraulici (risalita della piezometria); l’entità dell’aumento, non considerando il deflusso continuo delle sorgenti, è uguale all’altezza dell’infiltrazione diviso la porosità media dell’acquifero. In acquiferi continentali lo sfruttamento massimo può essere definito nella misura dell’estrazione d'un volume per anno pari alla ricarica annuale. In un acquifero costiero, man mano che la ricarica procede, l’intera colonna d’acqua dolce sovrastante l’acqua salata espande e nello stesso tempo “affonda” in un continuo ristabilirsi degli equilibri tra le acque a diversa densità: la profondità raggiunta dall’interfaccia differisce dalla posizione originale di uno spessore in teoria uguale all’altezza dell’infiltrazione (diviso la porosità media dell’acquifero) moltiplicata per il valore del rapporto delle densità. In altre parole l’effetto della ricarica è trascurabile sui carichi misurati, mentre è considerevole rispetto alla variazione della posizione e spessore della zona di transizione. Se l’intero volume della ricarica annuale venisse sfruttato, la falda costiera raggiungerebbe condizioni di equilibrio statico; in pratica si accompagnerebbe a questo evento una completa sostituzione dell’acqua dolce di ricarica da parte dell’acqua salata. Quindi solo una percentuale della ricarica annuale può essere utilizzata!

Effetto del pompaggio intermittente sull’espansione della zona di transizione

Comportamento dinamico della zona di transizione Il deflusso delle acque sotterranee avviene nel rispetto di un equilibrio tra flusso di acqua dolce diretto verso il mare e flusso di acqua di mare diretto verso l’interno dell’acquifero. In condizioni naturali questo equilibrio, sul lungo termine, è soggetto a variazioni determinate principalmente dalle variazioni climatiche o dai movimenti relativi di terra e mare. Quando si modificano le condizioni naturali, per es. per incremento del flusso di acque dolci (dovuto ad apporti di precipitazioni o all’irrigazione) o per diminuzione del flusso di acque dolci (eccessivo sfruttamento dell’acquifero) la tendenza al raggiungimento di un nuovo stato di equilibrio tra acqua dolce e salata determina il trasporto di sali tra i due corpi idrici a contatto. La zona di transizione si muove quindi verticalmente Nella zone più costiere prevale l’effetto mare: la dispersione determina uno spessore della zona di transizione dello stesso ordine della oscillazione del livello mare Nelle zone più interne prevale l’effetto ricarica – discarica: la dispersione determina uno spessore della zona di transizione dello stesso ordine della colonna d’acqua della ricarica diviso la porosità del mezzo. Es: una colonna alimentante di 0.2 m,(700 mm di pioggia con 200 mm di infiltrazione efficace e 500 mm di evapotraspirazione) immessa in un mezzo a porosità totale del 20% (0,2) corrisponde ad una colonna d’acqua pari a 1 m

Possibili contromisure L’area evidenziata in giallo rappresenta l’aumento dell’acqua dolce dovuto alle contromisure