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PRINCIPI DI IDROGEOLOGIA

PRINCIPI DI IDROGEOLOGIA. Importanza acqua sotterranea. Fiumi < 4- 10%. altro 3% . altro 1%. acqua Sotterra nea 22%. Laghi 61 %. Oceani 97% . calotte polari ghiacciai iceberg 77 %. atmosfera umidità suolo 39 %. Consumi idrici. 3 .

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PRINCIPI DI IDROGEOLOGIA

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Presentation Transcript

  1. PRINCIPI DI IDROGEOLOGIA

  2. Importanza acqua sotterranea Fiumi < 4- 10% altro 3% altro 1% acqua Sotterra nea 22% Laghi 61 % Oceani 97% calotte polari ghiacciai iceberg 77 % atmosfera umidità suolo 39 %

  3. Consumi idrici 3 Consumod’acquadi un essereumano cacciatore-raccoglitore: Litri Consumod’acqua per uso del w.c.: Litri Consumod’acquadi un cittadinodiBologna: Litri/giorno Consumod’acquadi un cittadinodi New York: Litri/giorno 15 250 1000

  4. SORGENTI FIUMI POZZI CONSUMO DI ACQUA AD USO IDROPOTABILE IN ITALIA IN RELAZIONE ALLA FONTE

  5. ACQUA SOTTERRANEA VANTAGGI USO ACQUA SOTTERRANEA • FILTRATA NATURALMENTE • PROTETTA DA INQUINAMENTO • PRESENTE ANCHE SE MANCA IN SUPERFICIE • GRANDE QUANTITÁ • SVANTAGGI USO ACQUA SOTTERRANEA • NON PRESENTE DAPPERTUTTO • SOVENTE MOLTO MINERALIZZATA • SE INQUINATA DIFFICILE RIPULIRLA • EFFETTI DEL SOVRASFRUTTAMENTO

  6. Cosa è l’Idrogeologia? “L’idrogeologia è lo studio delle leggi che governano il moto (flusso) dell’acqua sotterranea, delle interazioni meccaniche, chimiche e termiche di questa acqua con il mezzo poroso e delle leggi che governano il trasporto di energia, composti chimici e particolato” Domenico & Schwartz, 1990

  7. Porosità • La porosità è una semplice proprietà legata alla frazione di vuoti presenti nella roccia. • Questa proprietà NON É legata alla facilità con cui l’acqua si muove nella roccia o può essere estratta dalla roccia.

  8. Tipi di porosità • Primaria –porifragrani. • Secondaria -fratture, vuotidadissoluzione (es., carsismo). • Porositàefficace: volume totalediporiinterconnessisul volume totale del mezzo poroso (poriefficaci o conduttivi).

  9. Porosità V V V W n = satura = V + V V T W S V + V W G = non satura V + V + V W G S

  10. IN UN MEZZO SATURO S = grado di saturazione = 1 (100%)n = porosità = contenuto volumetrico d’acqua  Acqua n =Vv/Vtot S =Vw/Vv  =Vw/Vtot

  11. Porosità efficace ne • Volume totalediporiinterconnessisul volume totale del mezzo poroso • Include: • Pori efficaci o conduttivi (macropori o fessure)

  12. Genesi geologica dei pori

  13. Porosità per interstizi Granuli di sabbia Porosità primaria

  14. Porosità per interstizi GRANULO PORO SABBIA

  15. Porosità per interstizi: i fattori • Dimensioni • Forma, sfericità/arrotondamento. • Cernita. • Cementazione. • Impaccamento

  16. Effetto delle dimensioni Dove si ha la massima porosità?

  17. Porosità di sfere Cubico n = 0.48 Romboedrico n = 0.26

  18. Effetto della forma dei grani Argille Sabbie Grano di sabbia

  19. Effettodellacernita Sabbiamonogranulare (bencernita) Sabbia eterogenea Quale ha la porosità maggiore?

  20. Cementazione La cementazione (quarzo, calcite) può anche obliterare del tutto la porosità CEMENTO ARENARIA

  21. Porosità e profondità PROFONDITÁ (km3) FIUMI LAGHI MARI ACQUE SUPERFICIALI ROCCE POROSE SATURATE DA ACQUA DOLCE • Sedimenti sciolti, non litificati • Sedimenti assestati, parzialmente cementati • Rocce sedimentarie litificate e compatte SEDIMENTI SUB-ORIZZONTALI O POCO DEFORMATI divengono ROCCE POCO POROSE CON ACQUA SALATA divengono ROCCE SEDIMENTARIE DEFORMATE ROCCE ANCORA MENO POROSE CON ACQUA IPERSALINA

  22. VALORI DI POROSITÁ TOTALE ED EFFICACE (da Celico)

  23. La porosità è importante ma... …non è tutto!!!

  24. Porosità Permeabilità ACQUA Attitudine a contenere Attitudine a trasmettere Taglia, Forma, Connessione = Porosità Permeabilità  Alcune rocce hanno alta porosità, ma bassa permeabilità!!

  25. Pomice Argilla Pori piccoli Interconnessione Porosa Porosa ma Non Permeabile Ma Non Permeabile Alta Porosità, ma Bassa Permeabilità Sabbia Porosa ePermeabile

  26. Leggedi Darcy • Fornisce una descrizione accurata del flusso di acqua sotterranea in quasi tutti i contesti geologici

  27. Henry Darcy francese di Digione Ingegnere idraulico “Fontaniere reale” “Le fontane pubbliche della città di Digione” (1856) Primo studio sistematico del flusso dell’acqua attraverso il mezzo poroso

  28. Esperimento di Darcy Configurazione originale verticale

  29. Configurazione orizzontale Sezione trasversale (A) • Più grande la sezione, maggiore la portata (Q) Lunghezza della colonna (L) • Aumenta la lunghezza, Q diminuisce. Differenza di carico (hin – hout) • Portata proporzionale a differenza di carico

  30. Cosa è K? K = Conducibilità idraulica = coefficiente di permeabilità Quale è la unità di misura di K? K = QL / A (-Dh) Q = -KA (Dh / L) si ottiene / L3 x L T x L2 x L L T = / / Maggiore K, maggiore Q

  31. Q = -KA (h / L) si ottiene Q A q = = -K (h / L) q = portata specifica (velocità Darciana) specific discharge “velocità apparente” –velocità se non ci fossero granuli nel condotto

  32. Q A q = = -K (h / L) Velocità reale – Velocità lineare media? Considera solo lo spazio disponibile per il flusso Acqua fluisce solo attraverso i pori Area di flusso = porosità x area Q neA Kxi ne Velocità lineare media = v = =

  33. Velocità Darcy & Velocità reale di filtrazione • La velocità Darcy è una velocità fittizia dato che assume che il flusso avvenga sfruttando tutta la luce della sezione di mezzo poroso trasversale al flusso. Il flusso in realtà ha luogo attraverso pori interconnessi.

  34. Limo Argilla I sedimenti hanno un ampio range di K (m/s) Argilla 10-11 – 10-8 Limo 10-8 – 10-6 Sabbia limosa10-6 – 10-5 Sabbia 10-5 – 10-3 Ghiaia 10-4 – 10-2 Ghiaia Sabbia

  35. Range di K – Permeabilità per porositàPermeabilità per frattura • Ghiaia ben cernita 10-3 - 10-2 m/s. • Sabbia ben cernita 10-4 - 10-3 m/s. • Limo 10-6 - 10-5 m/s. • Argilla 10-10 - 10-7 m/s. • Roccia 10-13 - 10-10 m/s. • Roccia fratturata 10-8 - 10-2 m/s. o alterata

  36. Mezzo poroso K è funzione di ambedue: Fluido K = ki (g / ) Permeabilità intrinseca (ki) (funzione dimensione pori) Mezzo poroso } Densità () Viscosità () Fluido funzione della temperatura

  37. k e K • Permeabilità intrinseca (Permeability) (k), con dimensioni di un’area [L2] • Unità di misura per k 1 Darcy = 9.87 X 10-9 cm2 • Conducibilità idraulica (Hydraulic Conductivity) (K), con dimensioni di una velocità [LT-1] dipende dalle proprietà sia del mezzo poroso che del fluido: K = k xgw / mw dove mw è la viscosità dell’acqua [FL-2T] e gw è il peso specifico [FL-3]

  38. Esempio di fessura

  39. Permeabilità nelle rocce fratturate • Dipende da apertura, frequenza, interconnessione, orientazione, persistenza, rugosità e riempimento delle fratture

  40. Domande • Definizione di porosità totale • Definizione di porosità efficace • Fattori della porosità primaria • Valori di porosità per una sabbia • Valori di porosità per una argilla • Valori di porosità efficace per una sabbia ed un calcare

  41. Domande • Conducibilità idraulica – Unità di misura • Permeabilità intrinseca – Unità di misura • K per una sabbia e per una argilla • Proprietà del fluido che agiscono su K

  42. Domande • Chetipodilegge è la leggedi Darcy? • Unitàdimisuradi q, K, i • Velocitàapparente e velocitàeffettiva

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