I corpi idrici sotterranei LM-75: 2016/2017 SCIENZE E TECNOLOGIE PER L’AMBIENTE E IL TERRITORIO I corpi idrici sotterranei Prof. Micòl Mastrocicco E-mail: micol.mastrocicco@unina2.it Tel: 0823 274609 Cell: 349 3649354

Le acque sotterranee Le acque sotterranee si organizzano in corpi idrici con caratteristiche differenti a seconda del tipo di materiale: Rocce cristalline o sedimentarie: circolano prevalentemente lungo fratture e discontinuità Rocce carbonatiche (carsiche): circolano lungo cavità e condotti carsici Terre sciolte: riempiono vuoti presenti tra granuli E’ inoltre importante distinguere tra le acque sotterranee e l’elemento che le contiene: Falde: acque che circolano negli acquiferi Acquiferi: terreni (rocce) saturi d’acqua all’interno dei quali avviene il deflusso sotterraneo

Definizioni Acquifero strato o formazione geologica satura permeabile che permette la circolazione idrica al suo interno, attraverso pori o fessure. Gli acquiferi si differenziano in: FREATICI E SOSPESI (limitati al top dalla tavola d’acqua) CONFINATI O ARTESIANI O IN PRESSIONE (limitati al top da un acquicludo) SEMICONFINATI (limitati da una aquitardo) Acquitardo strato o formazione geologica satura semi-permeabile che pur contenendo notevoli quantità d’acqua ha una bassa conducibilità idraulica (k); ciò non ne permette l’utilizzo, ma consente la ricarica di altri acquiferi; l’acquitardo é quindi definito leaky (perdente). La definizione di acquitardo migliora se si include nel contesto l’acquifero sovrastante/sottostante: Un acquitardo è un'unità con una k almeno 100 volte più bassa dello strato acquifero sovrastante/sottostante. Spesso la formazione che costituisce l’acquitardo non ha continuità laterale Acquicludo strato o formazione geologica satura impermeabile che contiene acqua al suo interno che non è in grado di scorrere (non interessante dal punto di vista dello sfruttamento). Acquifuge strato o formazione geologica che NON contiene acqua al suo interno (quindi NON ha porosità!). Sono molto rari.

Gli acquiferi La superficie freatica (Water Table) è la quota a cui l'acqua sotterranea è a pressione relativa zero (cioè a pressione atmosferica). Gli acquiferi freatici sono in equilibrio con la pressione atmosferica, Negli acquiferi confinati l’acqua è costretta all’interno di due livelli impermeabili, in quelli semi-confinati è costretta tra un livello impermeabili sottostante ed uno semi permeabile sovrastante. In questi acquiferi l’acqua si trova ad una pressione superiore a quella atmosferica.

Acquiferi freatici e sospesi

Tavola d’acqua o superficie freatica PERIODO DI RICARICA FASE DI PIENA (O MORBIDA) PERIODO DI SCARICA FASE DI MAGRA Tavola d’acqua o superficie freatica Tavola d’acqua o superficie freatica

Acquiferi confinati: artesiani e fluenti Sia gli acquiferi confinati che i semiconfinati NON possiedono tavola d’acqua ma solo SUPERFICIE PIEZOMETRICA Superficie piezometrica Tavola d’acqua o superficie freatica o superficie piezometrica libera

Unconfined carbonatic aquifer!

Zonazione degli acquiferi Sia per gli acquiferi freatici che per i confinati si possono individuare: Zona di alimentazione: suddivisa a sua volta in zona di infiltrazione e zona di accumulo Zona di deflusso: acquifero vero e proprio e la zona di sbocco (area in cui l’acqua confluisce in un altro corpo idrico o fuoriesce sotto forma di sorgenti)

Acquiferi monostrato o multistrato (multifalda)

Tempi di residenza e chimismo

La morfologia dei corpi idrici La conoscenza della struttura geologica e morfologica di un’area aiuta a comprenderne l’assetto idrogeologico e quindi ad individuare i corpi idrici presenti e le loro caratteristiche. I terrazzi, il paleoalveo ed i sedimenti grossolani che riempiono la base della piana alluvionale possono essere acquiferi. Il basamento roccioso è probabilmente un acquicludo (a meno che non sia molto fratturato). I sedimenti fini che riempiono la parte sommitale della piana alluvionale danno origine ad un acquitardo.

La morfologia dei corpi idrici Sezione attraverso una valle occupata in precedenza da un lago. I depositi fini sono situati nella parte centrale dove l’acqua era più profonda, mentre quelli grossolani sono ai bordi del bacino. Ai piedi dei versanti la granulometria aumenta e si mescola alle alluvioni dei torrenti laterali. L’acquifero sarà ospitato nei sedimenti più grossolani in prossimità dei versanti.

Gli eventi tettonici e i processi erosivi/deposizionali condizionano la presenza e la forma degli acquiferi A: le variazioni di spessore irregolari del livello 3 indicano erosione seguita al deposito dei sedimenti; B: lo strato 1 ha potenza costante ed è stato piegato durante o prima della deposizione dello strato 2; C: lo strato 2 è stato deposto dopo l’erosione del livello 1; D: lo strato 2 è stato deposto durante e dopo le dislocazioni del livello 1

Classificazione dei corpi idrici Negli studi idrogeologici l’aspetto principale da considerare riguarda la forma del territorio e quindi il tipo di sedimenti, la storia geologica e l’idrologia superficiale. Per un corretto approccio è quindi importante prestare attenzione a: • tipo di roccia madre • variazioni topografiche • evoluzione tettonica e sua intensità • agenti di trasporto dei sedimenti • ambiente di deposizione • clima e sua evoluzione Sulla base delle suddette caratteristiche è possibile suddividere i corpi idrici sotterranei in diverse strutture gerarchicamente sovrapposte ed è inoltre possibile individuare diversi ambienti idrogeologici.

Gerarchizzazione I Sistemi Idrogeologici sono domini di spazio entro i quali è possibile suddividere il ciclo globale dell’acqua. Per Sistema Idrogeologico si intende un’unità territoriale nella quale coesistono acque superficiali e sotterranee che possono reciprocamente influenzarsi. In un sistema idrogeologico si possono riconoscere una o più unità idrogeologiche in ciascuna delle quali sono presenti uno o più acquiferi Per definizione l’Unità Idrogeologica si riferisce solo alle acque sotterranee. Per unità idrogeologica si intende una porzione di territorio delimitabile per caratteristiche morfologiche nella quale sono presenti uno o più acquiferi (normalmente sovrapposti) che possono anche essere interconnessi. Gruppo > Complesso > Corpo idrogeologico sono strutture di ordine inferiore nelle quali sono presenti e/o circolano con continuità acque sotterranee. I Corpi Idrogeologici si differenziano in: acquiferi, acquitard, acquiclude e acquifuge

Classificazione degli ambienti idrogeologici Depositi di pianure alluvionali e costiere: ghiaie, sabbie, limi e argille Formazioni colluviali intermontane e sistemi vulcanici: ciottoli e ghiaie spesso intercalati a lave e piroclasti Formazioni sedimentarie consolidate: arenarie e calcari Formazioni carbonatiche costiere recenti: arenarie e sabbie calcaree Formazioni glaciali: massi, ciottoli, ghiaie, sabbie, limi, argille Depositi loessici di altopiano: sabbie fini, sabbie argillose e limi Complessi basali degradati: rocce cristalline

Depositi di pianure alluvionali e costiere Natura litologica: detriti non consolidati deposti in ambienti fluviali, deltizi e cotidali; litologia degli elementi dipendenti dalla natura degli affioramenti nel bacino idrografico Caratteri idrogeologici: Porosità primaria normalmente alta; Permeabilità per porosità normalmente elevata Corpi idrici: generalmente di vasta estensione, anche regionale e di notevole spessore

Formazioni colluviali intermontane e sistemi vulcanici Natura litologica: formate per rapido riempimento di fosse tettoniche e bacini montani da depositi non consolidati, litologicamente dipendenti dalle formazioni affioranti nel bacino Caratteri idrogeologici:porosità primaria e permeabilità normalmente alta, vulcaniti antiche costituiscono normalmente acquiferi di bassa potenzialità. Porosità secondaria per raffreddamento Corpi idrici: arealmente poco estesi ma possono essere molto potenti

Formazioni sedimentarie consolidate (arenarie) Natura litologica: depositi marini o continentali compattati e cementati a formare rocce consolidate; il grado di cementazione normalmente aumenta con l’età/profondità dei sedimenti. Proprietà idrologiche: porosità primaria generalmente bassa e funzione della granulometria originaria; spesso con significativa porosità secondaria per fratturazione di origine tettonica o per giunti di strato. Corpi idrici: di varia estensione e potenzialità, possono essere anche molto potenti

Formazioni sedimentarie consolidate (carbonati) Natura litologica: depositi bioclastici di ambiente marino poco profondo cementati a formare rocce consolidate. Proprietà idrologiche: porosità primaria generalmente bassa ma molto spesso con alta porosità secondaria per fratturazione e dissoluzione. Permeabilità variabile dipendente dal tipo e grado di porosità, elevata in presenza di carsismo molto sviluppato. Corpi idrici: generalmente molto estesi, anche a dimensione regionale, molto produttivi.

Formazioni carbonatiche costiere recenti Natura litologica: calcari e sabbie calcaree. Proprietà idrologiche: porosità e permeabilità possono essere molto elevate, specialmente se sono presenti fenomeni carsici Corpi idrici: di limitata estensione, spesso strisce bordanti la linea di costa o costituiti da isolette oceaniche; lenti d’acqua dolce possono formarsi sull’acqua marina

Formazioni glaciali Natura litologica: depositi non consolidati trasportati da ghiacciai con granulometria compresa tra grossi massi sino alle argille. Proprietà idrologiche: porosità normalmente bassa dato l’alto assortimento granulometrico, ma se intervengono fenomeni di selezione granulometrica operati dalle acque di fusione o di dilavamento i depositi possono raggiungere alti gradi di porosità e permeabilità. Corpi idrici: formano acquiferi irregolari in zone pedemontane.

Depositi loessici di altopiano Natura litologica: sabbie fini, sabbie argillose e limi; originati dal trasporto eolico di materiali molto fini con depositi intercalati di sabbie argillose di origine fluviale. Proprietà idrologiche: porosità primaria molto bassa per la dominanza di granulometria molto fine; normalmente caratterizzano zone con climi aridi Corpi idrici: la bassa permeabilità di tali complessi rende il sottosuolo più adatto a funzionare come acquitardo d’acqua che come acquifero.

Complessi basali degradati Natura litologica: tutte le rocce cristalline (ignee e metamorfiche) Proprietà idrologiche: l’esposizione agli agenti atmosferici può produrre un mantello di degradazione di spessore variabile a porosità e permeabilità normalmente bassa; il basamento non alterato può essere invece interessato da porosità secondaria. Corpi idrici: possono essere molto estesi ma di piccolo spessore

Riassumendo … ROCCE SEDIMENTI Da un punto di vista idrogeologico le rocce sedi di acquiferi significativi sono i CALCARI e le DOLOMIE. Esse presentano una rete di fessure ed interstizi derivati dalla loro dissoluzione chimica da parte delle acque di percolazione. Altre rocce sedimentarie (arenarie, conglomerati) variano la loro potenzialità come acquiferi in funzione del grado di cementazione; le siltiti e le argilliti sono invece impermeabili, ma a volte possono comportarsi in modo semi-impermeabile per la presenza di spaccature. Tutte le altre rocce, sia magmatiche che metamorfiche, sono in genere poco permeabili; solo la parte superiore, specialmente se si trova affiorante, può dar luogo alla formazione di falde di scarsa potenzialità, in seguito ad alterazione da parte di agenti atmosferici. SEDIMENTI Corpi formati da particelle discrete con deboli legami coesivi. Sono principalmente formati da ghiaie e sabbie, e in minor misura da limi ed argille. Sono costituiti da granuli più o meno arrotondati, di varia forma, con pori tra i grani, generalmente intercomunicanti tra loro. I MEZZI POROSI sono i corpi acquiferi più produttivi: comprendono depositi alluvionali (alte e basse pianure), fluviali (meandriformi e di conoide), glaciali, marini, lacustri ed eolici