VII IDROGEOLOGIA Il ciclo inizia con le precipitazioni (mm/anno)

CICLO IDROLOGICO P = ETR+R+I Precipitazione P = quantità d’acqua che giunge al suolo Evapotraspirazione ETR = quantità d’acqua che ritorna all’atmosfera per evaporazione e traspirazione Ruscellamento R = quantità d’acqua che scorre in superficie raggiungendo i fiumi, i laghi o il mare Infiltrazione I = quantità d’acqua che si introduce nel terreno (percolazione) e raggiunge la falda acquifera

IDROGEOLOGIA Zona di Infiltrazione Zona di percolazione Falde sospese frattura Falda Zona di saturazione Spaccato verticale di un acquifero in roccia

ACQUE SOTTERRANEE Si organizzano in corpi idrici con caratteristiche differenti a seconda della natura delle rocce in cui si accumulano in rocce CRISTALLINE O SEDIMENTARIE (non soggette a fenomeni carsici): - circolano prevalentemente in fratture e discontinuità, - non costituiscono grandi serbatoi naturali (emergenze con scarse portate) in rocce SEDIMENTARIE interessate da DISSOLUZIONE CARSICA (calcari, dolomie e gessi): - circolano in fratture ma anche in cavità e condotti, allargati per dissoluzione, - costituiscono grandi serbatoi naturali (emergenze con buone portate) Le acque arrivano nel sottosuolo per infiltrazione di precipitazioni atmosferiche (piogge) e vanno a costituire la cosiddetta riserva idrica in DEPOSITI SCIOLTI: - circolano nei vuoti presenti tra un granulo e l’altro, - costituiscono serbatoi naturali di notevole capacità, - sono soggette a scambi con acque superficiali.

Formazione di rocce permeabili in grado di contenere acqua estraibile. ACQUIFERO Formazione di rocce permeabili in grado di contenere acqua estraibile. Può essere permeabile per porosità (sabbie, ghiaie), o per fratturazione (lave, graniti). Aree estremamente variabili da pochi ettari a migliaia di km2 , spessori da pochi metri a centinaia di metri. Velocità di movimento dell’acqua all’interno dell’acquifero: da parecchi m/giorno (acquiferi carsici) a pochi cm/secolo (acquiferi molto poco permeabili).

Acquiferi permeabili per porosità TIPI DI ACQUIFERO Acquiferi permeabili per porosità In rocce caratterizzate da reti di pori interconnessi. Tipici di rocce sedimentarie (acquiferi alluvionali). Pori interconnessi dovuti a fenomeni di: degradazione (fisica o chimica), erosione (eolica, fluviale, glaciale, ecc.), sedimentazione (in ambiente marino o continentale) e diagenesi (costipamento, cementazione) che le particelle hanno subito (sabbie, arenarie, depositi alluvionali).

Acquiferi a permeabilità mista TIPI DI ACQUIFERO Acquiferi permeabili per fratturazione In rocce caratterizzate da reticoli di discontinuità (fratture) più o meno fitti. Tipici di rocce con moltissime micro- e macro-fratture che formano veri e propri canali comunicanti (Acquiferi carbonatici). Acquiferi a permeabilità mista In rocce caratterizzate da pori interconnessi e da reticoli di discontinuità (acquiferi in piroclastiti, in dolomie). frattura frattura frattura

LIMITI IDROGEOLOGICI Si distinguono in: - limiti di permeabilità limiti di bacini sotterranei (spartiacque sotterranei) limiti di bacini idrografici (spartiacque superficiali) - superfici di falda limite di bacino idrografico limite di bacino sotterraneo superficie di falda limite di permeabilità

LIMITI IDROGEOLOGICI Limiti di permeabilità Elementi geometrici (stratigrafici o tettonici) che condizionano la circolazione idrica sotterranea sbarrandola, impediscono il deflusso dell’acqua. Limite di permeabilità: limite tra roccia permeabile e roccia compatta o strato di argilla

LIMITI IDROGEOLOGICI Spartiacque sotterraneo Limite dell’area in cui le acque di infiltrazione percolano verso lo stesso acquifero. Elemento geometrico (stratigrafico, tettonico o morfologico) che condiziona il deflusso delle acque sotterranee. >> BACINO IDROGEOLOGICO (area che contribuisce all’alimentazione della falda idrica) Spartiacque superficiale Limite dell’area in cui le acque superficiali ruscellano verso lo stesso corso d’acqua, limite coincidente con le sommità dei rilievi. >> BACINO IDROGRAFICO (area che contribuisce all’alimentazione di un corso d’acqua) BACINO IDROGEOLOGICO_ AREA che contribuisce all’alimentazione della falda idrica BACINO IDROGrafico_ area in cui le acque superficiali ruscellano attraverso gli affluenti verso lo stesso corso d’acqua. Rete idrografica_ insieme dei collettori fluviali che raccolgono i deflussi superficiali e li convogliano fino alla sezione terminale del bacino

Formazione permeabile LIMITI IDROGEOLOGICI Superfici di falda Superfici che delimitano superiormente il terreno saturo contenente acque che circolano per gravità da quello non saturo. Possono oscillare liberamente in funzione delle condizioni di alimentazione. terreno non saturo Livello di falda Formazione permeabile FALDA terreno saturo BACINO IDROGEOLOGICO_ AREA che contribuisce all’alimentazione della falda idrica BACINO IDROGrafico_ area in cui le acque superficiali ruscellano attraverso gli affluenti verso lo stesso corso d’acqua. Rete idrografica_ insieme dei collettori fluviali che raccolgono i deflussi superficiali e li convogliano fino alla sezione terminale del bacino

Bacino idrografico  Bacino idrogeologico

Bacino idrografico  Bacino idrogeologico Spartiacque sotterraneo (faglia) Spartiacque superficiali Spartiacque sup>>> Ruscellamento + Evapotraspirazione + Infiltrazione (R+ET+I) Spartiacque sotterraneo>>> Acqua INFILTRata (I)

Bacino idrografico  Bacino idrogeologico Spartiacque sotterraneo per variazione geologica Spartiacque sotterraneo (faglia) Spartiacque superficiale Spartiacque superficiale

TIPI DI FALDE Falda libera o freatica Falda limitata solo inferiormente da uno strato impermeabile. Superficie piezometrica = Superficie della falda Superficie della falda

Superficie piezometrica  Superficie della falda TIPI DI FALDE Falda imprigionata o in pressione. Falda limitata superiormente ed inferiormente da strati impermeabili. Perforando un pozzo il livello risale al di sopra del tetto dello strato permeabile. Superficie piezometrica  Superficie della falda Pozzo artesiano Pozzo Falda artesiana: falda imprigionata, il cui livello risale al di sopra del piano campagna.

Rapporto tra falda e superfici libere d’acqua Fiume alimenta drena In DEPOSITI ALLUVIONALI sono favoriti scambi con acque superficiali

Effetti delle variazioni stagionali delle piogge sulla superficie di falda Il controllo delle variazioni del livello viene fatto con pozzi o piezometri

CLASSIFICAZIONE DELLE SORGENTI (Civita, 1972) Criterio di classificazione geometrico (rapporto tra formazione acquifera e limite di permeabilità) Sorgente puntuale Punto in cui superficie impermeabile, superficie della falda e superficie topografica si intersecano Sorgente lineare Linea lungo la quale superficie della falda e superficie del terreno si intersecano (fiumi alimentati da falde)

TIPI DI ACQUA NELLE ROCCE Granulo 1) Acqua igroscopica: velo di spessore 0.1 micron, dovuto alla condensazione di umidità atmosferica intorno ai granuli 2) Acqua pellicolare: involucri di spessore 1-2 micron adsorbiti intorno ai minerali Acque strettamente legate ai granuli da forze elettrostatiche 3) Acqua capillare: dovuta alla tensione superficiale (le molecole di acqua in prossimità della superficie, sono soggette a forze di attrazione verso il basso non bilanciate per l’assenza di liquido al di là della superficie stessa) ed all’adesione del liquido alle superfici con cui è in contatto 4) Acqua libera: libera di muoversi per gravità Acqua igroscopica: velo che aderisce per attrazione molecolare (spessore 0.1 micron)_ DOVUTA ALLA CONDENSAZIONE DI UMIDITà ATMOSFERICA INTORNO AI GRANULI Acqua pellicolare: sottilissimi involucri (spessore 1-2 micron) Acque di ritenzione (1+2+3) e Acque libere (4)

PARAMETRI IDROGEOLOGICI Porosità Rapporto tra il volume dei vuoti ed il volume totale di roccia Porosità efficace Rapporto tra il volume dei vuoti intergranulari comunicanti ed il volume totale di roccia.

Esempio di roccia con porosità efficace bassa

PARAMETRI IDROGEOLOGICI Permeabilità k Attitudine delle rocce a lasciarsi attraversare da un fluido (cm/s). Dipende dal mezzo e dal fluido: k = K  g /  (permeabilità intrinseca K), (viscosità dinamica , densità  e accelerazione di gravità g). La temperatura delle acque sotterranee in condizioni normali subisce oscillazioni di modesta entità,  e  possono essere considerati costanti, di conseguenza anche k. Permeabilità per POROSITA’ Permeabilità per FESSURAZIONE

Tipi di permeabilità

Esempio di permeabilità per porosità Sabbia Permeabilità per porosità elevata

Esempio di permeabilità per fratturazione Permeabilità per fratturazione Elevata

Esempio di permeabilità Permeabilità per porosità e per fratturazione basse

Esempio di permeabilità secondaria per fessurazione Fessure di essiccamento in argilla

Valori medi di k delle terre Grado di permeabilità Permeabilità (cm/s) Tipo di terra Alto Medio Basso Molto basso >1 1-10-2 10-2-10-7 10-7-10-9 Ghiaie Sabbie Sabbie fini e silt Argille

Valori di k di alcuni tipi di rocce Permeabilità in laboratorio (cm/s) Permeabilità in sito Arenarie Argilliti Siltiti, dolomie Basalti Graniti Scisti 3*10-3-8*10-8 10-9-5*10-13 10-5-10-13 10-12 10-7-10-11 10-8 10-3-3*10-8 10-8-10-11 10-3-10-7 10-2-10-7 10-4-10-9 2*10-7 k da bassa a molto bassa k da media a molto bassa

PARAMETRI IDROGEOLOGICI Trasmissività T Prodotto dello spessore di un acquifero (H) per la sua permeabilità (k), si esprime in m2/s: T = k·H Gradiente idraulico di un acquifero

EFFETTI DELLE CAPTAZIONI SULLE FALDE ACQUIFERE LIVELLO STATICO Quota del livello dell’acqua in un pozzo in assenza di emungimento t0 t1 LIVELLO DINAMICO Livello dell’acqua in un pozzo in cui avviene pompaggio t2

CHIMISMO DELLE ACQUE SOTTERRANEE Le acque superficiali e sotterranee contengono micro-organismi, gas, sostanze organiche ed inorganiche. Principali composti inorganici in forma ionica: Na+, K+, Ca++, Mg++, Cl-, SO4--, HCO3- , (CO3--), (NO3-). La qualità di un’acqua sotterranea dipende da: quantità di ioni contenuti (Na+, K+, Fe++, Mn++, etc.), condizioni di temperatura e pressione, tipo di roccia attraversata, tempo di contatto acqua-roccia (circolazione rapida, acqua meno mineralizzata). Tempo di residenza delle acque in falda: giorni, settimane, in alcuni casi >10.000 anni.

INQUINAMENTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE Per cause naturali e/o antropiche (indirette o dirette). Cause naturali: contatto con rocce contenenti ioni inquinanti (es. Arsenico). Cause antropiche: Indirette. Forti emungimenti possono indurre: ingressione di acque marine, richiamo di acque superficiali contaminate, etc. In regioni costiere c’è il contatto acqua dolce (1 g/cm3) /acqua marina (circa 1.025 g/cm3). (1 g/cm3) (circa 1.025 g/cm3)

INQUINAMENTO DELLE ACQUE SOTTERRANEE Cause antropiche: Dirette. Fonti di inquinamento puntuali (discariche, pozzi disperdenti, rifiuti industriali, etc.); fonti di inquinamento diffuse (fertilizzanti, pesticidi, etc.).