LE SORGENTI Università degli studi de L’Aquila Corso di Idrogeologia Applicata a.a. 2011/2012 LE SORGENTI

LE SORGENTI Le sorgenti sono zone della superficie terrestre dove vengono alla luce le acque sotterranee. Vi sono tipi di roccia possono IMMAGAZZINARE importanti volumi di acqua l’acqua nella “falda”può riaffiorare in varie zone del bacino e con varie modalità, ed in alcuni casi soddisfare l’approvigionamento idrico delle attività umane.

LE SORGENTI Le sorgenti si creano quando la superficie della falda, superficie freatica si incontra con la superficie della crosta terrestre, superficie topografica o quando la falda incontra una superficie limite: limite o soglia di permeabilità. A seconda delle strutture idrogelogiche e dai tipi di falda possiamo distinguere varie tipologie di sorgenti. Sorgenti per affioramento della superficie piezometrica Sorgenti per LIMITE di permeabilità Sorgenti per SOGLIA di permeabilità

Sorgenti per limite di permeabilità Sono anche dette Sorgenti di Contatto. Quando avviene il contatto tra il terreno permeabile costituente l’acquifero ed un terreno impermeabile, che ne limita il movimento in verticale per gravità, si creano sorgenti per motivi morfologici della struttura del bacino. Alcuni esempi di sorgenti per limite di permeabilità

Sorgenti per limite di permeabilità Se la superficie di fondo è parallela al pendio avremo delle sorgenti da monoclinale, se invece presenta una concavità verso l’alto parleremo di sorgenti da Sinclinale

Sorgenti per limite di permeabilità Possono avere limite di permeabilità indefinito o ben definito. Si possono incontrare stratificazione di vari tipi di detrito che ricoprono la sorgente geologica dando luogo a diverse sorgenti reali. sorgente geologica sorgente reale

Sorgenti per soglia di permeabilità Le sorgenti per SOGLIA di permeabilità (che possono essere anche SORGENTI DI SBARRAMENTO) si trovano quando un piano in verticale con bassa permeabilità comporta l’emergenza delle acque contenute in un acquifero; oppure possono essere sorgenti di fessura che sono manifestazioni sorgentizie originate da una o più discontinuità che mettono in comunicazione l’acquifero con l’ambiente esterno La discontinuità può essere costituita da fratture interessanti un terreno impermeabile o dal contatto tra un terreno permeabile ed uno impermeabile. Sorgente di sbarramento Sorgente di Fessura

Sorgenti per soglia di permeabilità LA SOGLIA DI PERMEABILITA’ è il piano verticale di discontinuità della permeabilità del terreno, che da origine a questo tipo di sorgente, può essere inclinata SOTTOPOSTA per esempio in strati porosi molto inclinati a reggipoggio, per faglia, o anche SOVRAIMPOSTA, a linea verticale spezzata o anche sorgenti a filone. Anche la discordanza tettonica può essere la causa di una sorgente di fessura

Sorgenti per affioramento le Sorgenti per affioramento della superfice piezometrica si manifestano quando la superficie freatica di una falda si interseca con la superficie topografica del terreno. In funzione dei caratteri morfologici che le originano, le sorgenti di emergenza possono essere classificate in Sorgenti di fondovalle Sorgenti di pendio o di conca Sorgenti di terrazzo

Sorgenti per affioramento Le Sorgenti affioranti sono dipendenti dal tempo, dal livello piezometrico: possiamo evidenziare l’esempio delle sorgenti d’impluvio in rocce fessurate o in terre sciolte, o della falda che affiora su un pendio a terrazzo nel periodo di “piena”.

Sorgenti di un acquifero multistrato Sorgenti Stagionali Osserviamo l’esempio di una sorgente stagionale per limite di permeabilità, nel periodo di piena, di maggiori precipitazioni metereologiche, la superficie piezometrica sale e supera la quota topografica dell’acquicludo, dando luogo a sorgenti di sinclinale, molto esaustivo è l’esempio dell’appennino Umbro-Marchigiano Le stagioni piovose attivano le numerose sorgenti a varie altezze s.l.m. Sorgenti di un acquifero multistrato

Sorgenti per affioramento Un esempio italiano sono le sorgenti di falda detritica RISORGIVE DELLA PADANIA Per effetto morfologico della pianura che scende al di sotto della quota piezometrica, si determinano affioramenti chiamati risorgive o fontanili, nel mezzo SABBIE PERMEABILI K = 10-3 O 10-4 l/s.

RISORGIVE DELLA PADANIA In questo schema si può osservare come la differente permeabilità costringe per travaso lo spostamento in orizzontale delle acque La zona di ricarica è chiaramente l’alta pianura e la zona alpina L’alta permeabilità delle sabbie che costituiscono la pianura padana permette la risalita delle acque fino al livello piezometrico.

Sistemi carsici Dal fenomeno del carsismo, grazie alla produzione di volumi di vuoto attraversabili dall’acqua, si sviluppano acquiferi carsici. Le sorgenti a cui danno luogo sono tipicamente intermittenti, con periodi di non erogazione di acqua, a causa della porosità “in grande” dei condotti carsici la portata di queste sorgente è direttamente legata all’entità delle precipitazioni che alimentano l’acquifero carsico. Possono essere sistemi a dreno dominante, con poche fratture con una rete principale più sviluppata, o sistema a dreni interdipendenti (Molto diffusi anche nel massiccio gran Sasso) con molte fratture comunicanti, serbatoi interconnessi, che danno luogo a svuotamento più graduale. Vi sono inoltre gli acquiferi a circolazione dispersiva, caratterizzati da una fratturazione diffusa, che dà luogo ad una permeabilità simile a quella di un mezzo poroso

Sistemi carsici Un esempio di carsismo e di sorgenti carsiche può essere la struttura idrogeologica che contiene le grotte di Stiffe, nell’Appennino abruzzese. Si può chiaramente osservare il condotto principale che dà luogo alle grotte

Classificazione delle sorgenti Le sorgenti possono essere classificate in funzione della concentrazione in sali disciolti e della temperatura delle acque da esse drenate. Normali (fredde – oligominerali) Termali (da ipotermali a ipertermali – oligominerali) Minerali (fredde – da mediominerali a minerali) Termominerali (da ipotermali a ipertermali – da mediominerali a minerali) Caratterizzazione quantitativa delle sorgenti La classificazione di una sorgente può essere fatta sulla base delle portate medie pluriennali. La sorgente eroga una portata variabile nel tempo, in rapporto all’andamento delle precipitazioni meteoriche incidenti sul bacino idrogeologico che la alimenta. Si definiscono le risorse di una sorgente come Permanenti e Rinnovabili: RISORSE TOTALI = RISERVE REGOLATRICI (Rinnovabili) + RISERVE PERMANENTI (Idrogeologiche)

INDICE DI VARIABILITA’ Classificazione delle sorgenti INDICE DI VARIABILITA’   La variazione della portata di una sorgente è principalmente funzione della estensione e potenzialità dell’acquifero, o della porzione di acquifero che la alimenta. (Qmax – Qmin) Iv = QM Tanto è maggiore la quantità di acqua che annualmente alimenta l’acquifero rispetto ai volumi immagazzinati dallo stesso, tanto più tenderà ad essere costante la portata in uscita della sorgente: l’acquifero è dotato di alta capacità regolatrice. Se invece la quantità di acqua che alimenta il bacino è paragonabile ai volumi immagazzinati la portata sarà caratterizzata da una grande variabilità: la sorgente risponde direttamente agli eventi meteorici.

Classificazione delle sorgenti Definizione della classe della sorgente in base alla portata media Sorgenti SemiPerenni Sorgenti Temporanee Sorgenti Perenni Sorgenti che non si seccano mai Sorgenti che si seccano solo in periodi siccitosi Sorgenti legate a fenomeni di grandi precipitazioni

Classificazione delle sorgenti Attraverso la sorgente avviene la discarica dell’acquifero; diminuisce il carico piezometrico e la portata della sorgente diminuisce con una velocità che è funzione delle caratteristiche idrodinamiche dell’acquifero stesso. La curva di esaurimento esprime la variazione di portata della sorgente nel tempo. La formula proposta da Maillet è di tipo esponenziale α è il coefficiente di magra o di esaurimento α = K / S Il coefficiente di immagazzinamento w è l’area sottesa dalla curva di scarica dell’acquifero e stima la capacità di immagazzinamento dell’acquifero.

Classificazione delle sorgenti w = Integrale[ Q0 e –αt dt] La curva di scarica è ripida, la portata scende velocemente verso il valore asintotico, l’alta permeabilità consente il rapido deflusso α elevato K elevato La curva di scarica ha un andamento più regolare, più “dolce” la bassa permeabilità determina un deflusso più lento e costante nel tempo α basso K basso La curva di scarica può essere anche di forma semilogaritmica loge[Q(t)] = loge [Q0] – α* (logee)*t Il coefficiente di immagazzinamento w è utile per progettare opere di presa e di distribuzione

Idrogrammi Sono molto interessanti le curve di scarico delle sorgenti carsiche, caratterizzati da una “porosità” primaria ed una secondaria, come vedremo in seguito, che vengono desunte meglio da prove in situ di portata piuttosto che dalla approssimazione logaritmica di Maillet che presuppone l’omogeneità del mezzo poroso Primo Tratto : condotti carsici, altà permeabilità, scarico veloce Secondo Tratto: canali più piccoli Terzo Tratto: l’acqua attraversa le fessure e fratture prodotte dal fenomeno del carsismo

Idrogrammi CR curva di riempiento CS curva di scarico Nel grafico sull’asse delle ascisse ci sono i tempi e le portate sulle ordinate, sullo stesso grafico possono essere rappresentate le curve di riempimento sia quelle di scarico CR curva di riempiento CS curva di scarico CD decremento CE esaurimento

Idrogrammi Si può osservare chiaramente la differenza tra l’idrogramma di un acquifero carsico, caratterizzato da una permeabilità elevata, e da una diretta dipendenza tra precipitazioni meteoriche e portata in uscita (picchi), ed un acquifero formato da un mezzo poroso, omogeneo, isotropo, la permeabilità è minore e la curva appare come un segmento rettilineo