Il carico idraulico LM-75: 2017/2018 SCIENZE E TECNOLOGIE PER L’AMBIENTE E IL TERRITORIO Il carico idraulico Prof. Micòl Mastrocicco E-mail: micol.mastrocicco@unicampania.it Tel: 0823 274609 Cell: 349 3649354
Caratteristiche idrodinamiche Esse riguardano le proprietà che governano il movimento dell’acqua e dei gas tra la matrice solida dell’acquifero (quindi in condizioni sature!). Sono parametri che nella maggior parte dei casi posso essere misurati solo in campo e non in laboratorio. I principali parametri idrodinamici che governano il flusso delle acque sotterranee sono: Carico e gradiente idraulico Conducibilità idraulica Trasmissività Immagazzinamento Velocità effettiva CARATTERISTICHE FISICHE Granulometria Parametri fisici Potenziale idrico Costanti idrologiche
Equazione di Bernoulli per il carico idraulico La conservazione dell’energia meccanica per un fluido perfetto in regime stazionario è data da: H = z + p/ + v2/2g = costante dove z è l’altezza di carico; p/ è l’altezza di pressione o pressione idrostatica con p = pressione del fluido sul punto z (gr/cm2) e γ = densità del fluido (gr/cm3); v2/ 2g è l’altezza cinetica o di velocità con g = accelerazione 9,8 m/s2 Nella maggior parte dei moti filtranti, e quindi anche nel caso di flusso in un acquifero, l’altezza cinetica è trascurabile per cui il carico idraulico “h” è dato da: h = z + p/ = costante La pressione idrostatica p/, dovuta al peso della colonna d’acqua sovrastante il punto di misura, è in genere espressa tramite la notazione“y” (cioè y= p/) , ne deriva quindi che il carico idraulico totale in moti filtranti è dato da: h = z + y hydraulic head = elevation head + pressure head
In figura ha=hb ma za zb e pa/pb/ cioè yayb h = z + p/ cioè h = z + y In figura ha=hb ma za zb e pa/pb/ cioè yayb ha hb
Eq. di Bernoulli per il carico idraulico con fluidi a diversa densità In pratica se ho acqua dolce nel piezometro hf=z+(f/ f)y hf=3+(1/1)6 hf=9 se ho acqua salata (es: acqua di mare con ρ=1.03 gr/cm3) nel piezometro hf=z+(s/ f)y hf=3+(1.03/1)6 hf=3+6.18=9.18 f = densità dell’acqua dolce (freshwater)
Il gradiente idraulico La “cadente piezometrica” o “gradiente idraulico” (i = h/L) tra due piezometri P1 e P2 è la variazione del carico idraulico h rispetto alla distanza che li divide L. La maggior parte dei gradienti idraulici orizzontali è inferiore a 0.03 (3%) e nelle zone pianeggianti è spesso inferiore a 0.003 (3‰) h L P1 e P2 distano 250 m +25 m s.l.m. +20 m s.l.m. Esempio: se h = 25-20 = 5 m e L = 250 m allora i = h/L = 5/250 = 0.02 cioè 2%
Misura di «h» in campo Il carico piezometrico (o carico idraulico) si determina misurando la quota a cui l’acqua risale in un pozzo o piezometro rispetto ad un livello di riferimento (assoluto o relativo!). Piezometri: tubi di piccolo diametro, aperti (filtrati) al fondo, che misurano il carico idraulico nella zona satura. Se il tratto filtrato è molto piccolo rispetto alla colonna d’acqua allora il piezometro si dice “perfetto” al contrario è detto “integrato”.
Come si fanno i “conti” … CASO 1: NON ho un una carta topografica o un GPS e NON conosco la quota del p.c. in m s.l.m. quindi posso ricavare solo la quota relativa della superficie piezometrica Bocca pozzo Soggiacenza da p.c. = livello statico – altezza del BP CASO 2: ho una carta topografica o un GPS e conosco la quota del p.c. in m s.l.m. quindi posso ricavare la quota assoluta della superficie piezometrica Quota piezometrica = quota topografica – soggiacenza da p.c.
… ma attenzione, se il BP è “più basso” del p.c. … Soggiacenza da p.c. = livello statico + altezza del BP … e se il p.c. è “più basso” del livello del mare …
Esercizio sul carico idraulico Livello del mare Calcolare il carico idraulico “h” e l’elevazione di pressione “y” se il filtro del pozzo è a 200 m s.l.m.
Esercizio sul gradiente idraulico i = dh/dl = (h1-h2)/dl Calcolare il gradiente idraulico orizzontale (sopra) e quello verticale (sotto) …e…. In quale direzione si muove l’acqua?