Universit degli studi de LAquila Corso di Idrogeologia

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

La Stima degli Indici Idrogeologici Le possibili prove per la stima degli indici idrogeologici come appunto la permeabilità, il coeffciente di immagazzinamento, la trasmissività, e l’abbassamento di carico idraulico nell’acquifero sono · PROVE DI POMPAGGIO ( in regime di equilibrio ( prova Dupuit ) o di non equilibrio (Theis e Jacon ) · PROVE DI ASSORBIMENTO – INIEZIONE (prova Lungeon) · METODO IDROCHIMICO (con l’uso di traccianti) · ATTRAVERSO IL BILANCIO IDROGEOLOGICO (stima possibile sono in alcuni casi particolari di bacino chiuso e delimitato) Le prime sono prove nelle quali l’acqua viene sottratta all’acquifero (viene emunta) da un pozzo, e di conseguenza vengono esaminate le caratteristiche del terreno e del carico idraulico e di portata al fine di dimensionare al meglio un opera di presa.

Le prove di Emungimento Le prove di emungimento o di pompaggio (dette anche prove di portata) sono il metodo per valutare le caratteristiche idrogeologiche dell’acquifero e l’effetto delle condizioni a contorno. prove di falda (o test di acquifero) prove di pozzo (o test di pozzo) Gradini di breve durata (3 ore per 4 -6 gradini) Libera Confinata Un solo gradino di lunga durata (48 ore) • T, S, K CURVA CARATTERISTICA • Perdite di carico • Portata critica • Portata d’esercizio

Le prove di Emungimento Le prove di emungimento possono essere eseguite A PORTATA COSTANTE misurando l’abbassamento di carico idraulico in funzione del tempo A PORTATA NULLA arrestando il pompaggio dopo un periodo di erogazione a portata costante e misurando la conseguente risalita del carico idraulico nel tempo A PORTATA VARIABILE ottenuta facendo avvenire una variazione istantanea di livello in pozzo e misurando in funzione del tempo il ripristino del livello

Le prove di Emungimento Le prove di falda sono prove di pompaggio, possono essere eseguite in regime di EQUILIBRIO (DUPUIT). (Indipendente dal tempo) Il pompaggio avviene per gradini di portata, per la prova di pompaggio forniamo un solo gradino di lunga durata (48 ore); per la prova di pozzo osserviamo più gradini (4 o 6) di durata 3 ore totali. Si misurano: • Abbassamento del livello alla fine del gradino • La portata di emungimento OBIETTIVI Portata critica Portata Massima ammissibile Perdite di carico Curva caratteristica

Le Prove di Emungimento Le prove di falda in genere coinvolgono, oltre al pozzo in pompaggio (pozzo attivo o pozzo madre o pozzo pilota), uno o più punti di osservazione, altri pozzi o piezometri, diversi e distanti dal pozzo pilota. In questi casi si parla di prova su stazione. Esempio: Metodo di Theis : 1 Pozzo + 1 Piezometro Qmax = 90% Qc La relazione tra portata di pompaggio ed abbassamento del livello piezometrico nel tempo non è univoca nei sistemi acquiferi, e si comincia sempre definendo un modello teorico di acquifero: sulla base della curva TEMPOABBASSAMENTO e delle conoscenze geologiche del sito viene individuato il modello fisico dell’acquifero.

Le Prove di Emungimento REGIME DI EQUILIBRIO (Formule di Dupuit) Ipotesi di base : 1. Raggio d’azione = cono di depressione 2. v = K * i 3. Acquifero omogeneo ed isotropo 4. Spessore costante acquifero 5. Acqua incomprimibile 6. Trascurabile la componente verticale della velocità di deflusso 7. Geometria assialsimmetrica

Le Prove di Pompaggio Questi sono i grafici dell’abbassamento Δ e delle portate di emungimento relativi ad ogni gradino di pompaggio di breve durata: per il collaudo del pozzo si utilizzano questi valori, combinati con vari metodi, per desumere la curva caratteristica della falda FALDA LIBERA L’abbassamento Δ dipende dalla differenza in prossimità del pozzo di emungimento tra il livello statico e quello dinamico dovuto al richiamo della portata Q FORMULA DI DUPUIT K = Q π (h 22 – h 21) ln (r 2/r 1)

Le Prove di Pompaggio Viene stimata la permeabilità K della falda idrica dai dati di portata emunta e dagli abbassamenti delta, si può inoltre calcolare la trasmissività dell’acquifero, con la formula di Dupuit FALDA CONFINATA FORMULA DI DUPUIT T = K*b = Dove b è lo spessore dell’acquifero confinato Q 2π (h 2 – h 1) ln (r 2/r 1) Anche in questo caso conduciamo la prova con un pozzo di emungimento + 2 piezometri

Le Prove di Pompaggio conduciamo prove in REGIME DI EQUILIBRIO Abbassamenti del livello piezometrico e portate vengono misurati ( DATI SPERIMENTALI) e poi utilizzati nelle formule di Dupuit, viene tracciata la curva caratteristica Δ = f (Q) Per una Falda Libera la curva delle portate è una parabola, viene individuato il “ginocchio” che corrisponde alla portata critica, di conseguenza si calcola la portata di esercizio, la produttività sostenibile del sistema Per una Falda Confinata la curva delle portate è una retta, fino ad abbassamenti delta pari al 25% del livello piezometrico rispetto al livello statico, ugualmente alla falda libera si determina portata critica e di esercizio

Le Prove di Pompaggio Jacob (1946) propose una formula che separa le portate emunte in due quote: la parte di deflusso lineare e quella a regime turbolento Δ = BQ + CQ 2 NB: Formula valida per falda libera e confinata se Δ<0, 1 h Perdita di carico Lineare Perdita di carico Quadratico 1 Curva di deflusso Pozzo Ideale 2 Pozzo reale (dopo acidificazione) 3 Pozzo reale allo stato iniziale 4 Pozzo reale dopo invecchiamento (intasamento)

Le Prove di Pompaggio REGIME DI NON EQUILIBRIO (Formule di Theis) TRANSITORIO Ipotesi di base : 1. K isotropo 2. H costante 3. Estensione laterale infinita 4. Assenza di rica laterale 5. Il pozzo interessa l’acquifero per tutta la sua profondità 6. Falda in pressione Equazione di non equilibrio: h 0(r) - h = Δ = [Q * W(u)]/ 4 π T

Le Prove di Pompaggio REGIME DI NON EQUILIBRIO Metodo di Theis: Sovrapposizione Grafica • Costruzione della curva sperimentale log 10Δ / log 10 (r 2/t) • Sovrapposizione della la curva teorica con quella sperimentale • Scelta di un punto arbitrario 2 coordinate e 2 ascisse dai 2 diagrammi sperimentale e teorico Vengono calcolati Δ e W = well function Δ = (Q / 4πT) * Integrale [e-u / u du] W(u) = Integrale [e-u / u du]

Le Prove di Pompaggio REGIME DI NON EQUILIBRIO Metodo di Jacob: Approssimazione Logaritmica Calcolo di T trasmissività T = (0, 183 Q)/c Dove c si ricava dai dati sperimentali Calcolo di S coefficiente di immagazzinamento S = (2, 25 * T * t 0) /r 2

Le Prove di Pompaggio PROVE DI LUNGA DURATA ( Un solo gradino a portata costante) REGIME DI NON EQUILIBRIO Vengono stimati S, T , Condizioni a contorno acquifero

Le Prove di Pozzo Le prove di pozzo sono eseguite su un singolo pozzo e permettono di stimare la trasmissvità dell’acquifero nell’intorno del pozzo, le perdite di carico e l’efficienza del pozzo, in tal modo si può valutare la produttività sostenibile del sistema : la portata di esercizio. Metodo di Jacob: ci permette di calcolare solo la trasmissività T Sperimentalmente si misurano i livelli piezometrici nel pozzo legati allo svuotamento dell’acqua

Le Prove di Pozzo S coefficiente di immagazzinamento Volume di acqua estratta da un prisma di base unitaria dell’acquifero per abbassamento unitario del livello piezometrico: S = Volume di acqua estratta dall’acquifero Volume del cono di emungimento dovuto al pompaggio di acqua [Adimensionale] Gli acquiferi liberi danno molta più acqua di quelli confinati a parità di abbassamento piezometreico Ciò significa che ottenuto S dalle prove di emungimento si può riconoscere che tipo di acquifero abbiamo

INTERPRETAZIONE DELLE PROVE DI POMPAGGIO Caso 1 Retta a pendenza costante: falda illimitata lateralmente Caso 2 Falda limitata lateralmente da passaggio a zona a minore trasmissività o faglia o diaframma Caso 3 Gradino di stabilizzazione della curva: alimentazione da parte di un fiume

INTERPRETAZIONE DELLE PROVE DI POMPAGGIO (RT) = RISERVE TOTALI : Totalità delle acque sotterranee presenti nell’acquifero ed estraibile con i pozzi (RS) = RISERVE STAGIONALI (REGOLATRICI) : Corrispondono nelle falde libere alla differenza tra il massimo ed il minimo del livello piezometrico QRS = h * A * S Dove S è il coefficiente di immagazzinamento, A l’area di rica della falda (RP) = RISERVE PERMANETI : RT- RS (RS) = Acqua sotterranea che Può essere emunta senza che avvenga la compromissione dell’equilibrio idrogeologico