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Uso dei traccianti negli acquiferi Misure in sito di Parametri Idrodispersivi - Esempio applicativo

Uso dei traccianti negli acquiferi Misure in sito di Parametri Idrodispersivi - Esempio applicativo. Palermo, 30 Marzo 2007 DIIAA Dott. Ing. Alfredo Lanza. Riferimento. Le prove effettuate in campo nel 1982 da parte di S. Troisi , M. Vurro e A. Di Fazio in Puglia.

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Uso dei traccianti negli acquiferi Misure in sito di Parametri Idrodispersivi - Esempio applicativo

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Presentation Transcript

  1. Uso dei traccianti negli acquiferiMisure in sito di Parametri Idrodispersivi - Esempio applicativo Palermo, 30 Marzo 2007 DIIAA Dott. Ing. Alfredo Lanza

  2. Riferimento • Le prove effettuate in campo nel 1982 da parte di S. Troisi, M. Vurro e A. Di Fazio in Puglia. • I relativi risultati sono stati pubblicati nel 1985 nel Quaderno 69 dell’Istituto di Ricerca sulle Acque del C.N.R. dal titolo: Studio Metodologico di parametri idrodispersivi mediante misure in situ. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  3. Acquifero studiato 2 parametri da determinare: • coefficiente di dispersione D • porosità cinematica w. • Acquifero prescelto per le prove di campo: Nardò, nella penisola Salentina in Puglia. • L’acquifero di Nardò è di natura calcarea e fessurato. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  4. Ubicazione dell’acquifero Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  5. Scelta del tracciante I traccianti utilizzati in queste prove sono stati: • Rodamina WT (C13H10O) – colorante xantenico anionico la cui concentrazione minima rilevabile è 10-11 g/g di soluz. • Ioduro di Na – tracciante salino anionico universale la cui concentrazione minima rilevabile è 10-9 g/g di soluz. La scelta è ricaduta su questi due traccianti anionici poiché: • sono solubili in acqua e quindi facilmente veicolabili; • sono poco adsorbiti dalla matrice porosa di natura calcarea; • sono rilevabili a concentrazione molto basse. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  6. Prove effettuate • Il metodo utilizzato è stato quello radial-convergente di Sauty. • Le prove sono state effettuate utilizzando soltanto 2 pozzi, condizione di minimo indispensabile, per ragioni economiche. • Un maggior numero di pozzi, con opportuna disposizione, avrebbe garantito una maggiore precisione e rappresentatività delle misure. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  7. Ipotetici pozzi che, insieme al pozzo A, avrebbero dato uno schema ottimale per le prove. Schema ottimale della disposizione dei pozzi Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  8. Prove effettuate • Sono state effettuate due tipi di prove: • in moto forzato • in moto naturale non disturbato • Questa scelta è stata dettata dalle caratteristiche dell’acquifero ed ha consentito di effettuare un confronto tra i valori dei parametri ottenuti nelle diverse prove. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  9. Prove in moto forzato • Nelle prove in moto forzato si effettua un pompaggio nel pozzo di campionamento (B) per richiamare i filetti fluidi dal pozzo d’immissione (A). • Il pozzo A è a monte del pozzo B rispetto al moto idrico. • Nel pozzo d’immissione è presente un circuito di riciclo, attraverso il quale s’immette il tracciante e lo si omogeneizza con l’acqua di falda. • Il pompaggio causa un abbassamento del livello piezometrico indisturbato della falda di circa 25 – 30 cm per l’intera durata della prova. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  10. Schema di esecuzione prove in moto forzato Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  11. Prove in moto naturale non disturbato • Si immette il tracciante in A e si esegue il campionamento nel pozzo a valle (B). • Poiché il mezzo poroso è roccia fessurata, si è previsto, in fase di progettazione delle prove, di effettuare “blandi” pompaggi nel pozzo B per tempi brevi. • La portata scelta per tali pompaggi è stata tale da non causare una depressione del livello piezometrico statico di oltre 1 cm per non oltre 1 ora al giorno. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  12. Schema di esecuzione delle prove in moto quasi naturale Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  13. Procedimento • Scelta dei luoghi; • Scelta del pozzo di pompaggio (B) e campionamento salinometrico delle acque in esso contenute; • Determinazione delle quote e dei livelli piezometrici della zona (ricostruzione dell’andamento altimetrico e delle isofreatiche); • Ubicazione del pozzo di immissione (A), ovvero scelta della posizione del pozzo A; • Realizzazione del pozzo d’immissione. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  14. Campionamento salinometrico del pozzo di prelievo Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  15. Andamento delle isofreatiche Pozzo di prelievo o principale (B) • L’andamento delle isofreatiche ha consentito di stabilire la direzione di deflusso naturale delle acque sotterranee. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  16. Pozzo d’immissione (piezometro) • La trivellazione è stata eseguita con sonda a rotazione continua di diametro 130 mm, raffreddata da acqua pulita, fino ad una profondità di 51,50 m. • Carotaggio del terreno in corrispondenza del pozzo. • Il foro è stato rivestito con tubo di plastica di diametro 106/110 mm per l’intera altezza della falda; • Tale rivestimento è stato sfinestrato per una superficie non inferiore al 20 % della superficie totale del tubo. • Sono stati inseriti 17 tubi lunghi 3 m per una lunghezza totale di 51 m; solo i primi 5 (= 15 m) sono stati sfinestrati. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  17. Ubicazione del pozzo di immissione (area del Consorzio di Bonifica dell’Arneo) Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  18. Tubi sfinestrati Schema sfinestratura Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  19. Carota estratta da –14,8 m a –19,0 m Carota estratta da –46,5 m a –48,0 m Carote estratte dal piezometro Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  20. Prove in moto forzato • Prove condotte tra la fine di Giugno e i primi di Luglio 1982. • In tale periodo erano in corso continui emungimenti dall’acquifero a scopo irriguo. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  21. Prove in moto forzatoCondizioni nei due pozzi Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  22. Prove in moto forzato • Sono state eseguite 3 prove successive a diverse portate di prelievo: Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  23. Prove in moto forzato Pompe • In entrambi i pozzi sono state posizionate delle pompesommerse a 47 m di profondità. • Nel pozzo di iniezione è stata utilizzata nel circuito di riciclo una pompa da 5 CV, che alla portata massima di circa 10 m3/h induceva un abbassamento del livello piezometrico di circa 4 cm. • Nel pozzo di pompaggio è stata utilizzata una pompa da 80 CV, che alla portata massima di circa 130 m3/h induceva un abbassamento del livello piezometrico di circa 13 cm. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  24. Prove in moto forzato Circuito di riciclo • Sulla mandata del pozzo di iniezione è stato installato un circuito di riciclo di polietilene nero con lo scopo di: • immettere il tracciante; • omogeneizzare il tracciante per lo spessore interessato della falda nel pozzo; • prelevare i campioni relativi alla modalità di immissione. • La portata di riciclo era misurata continuamente. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  25. Prove in moto forzato Condotta di allontanamento • Sulla mandata del circuito del pozzo di pompaggio è stata montata una condotta con lo scopo di allontanare l’acqua marcata prelevata dal punto di misura ed evitare suoi rapidi ed incontrollati ritorni in falda. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  26. Disposizione delle pompe e dei circuiti nelle prove in moto forzato Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  27. Scarico della tubazione di allontanamento e serbatoio per il controllo volumetrico • Per controllare i valori delle portate di prelievo sono state eseguite periodicamente delle misure volumetriche nel punto di scarico della condotta di allontanamento. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  28. Prove in moto forzato Immissione dei traccianti • Dopo aver raggiunto delle condizioni idrauliche stazionarie, l’acqua è stata marcata prima con il tracciante fluorescente, la Rodamina WT, successivamente con lo Iodio sotto forma di NaI. • La Rodamina WT è stata utilizzata per ottenere in situ un andamento qualitativo della concentrazione: era infatti possibile effettuare la sua misura in continuo con un fluorimetro. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  29. Prove in moto forzato Immissione dei traccianti • La conoscenza dell’andamento qualitativo delle prove ha reso possibile l’ottimizzazione della frequenza di campionamento dello NaI. • Lo Ioduro di Na è stato analizzato in laboratorio mediante analisi per attivazione ed ha dato l’andamento quantitativo. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  30. Prove in moto forzato Immissione dei traccianti • La Rodamina WT è stata iniettata sotto forma di soluzione (100 ml di soluz. conc. in 8 l di acqua) con diluizione teorica di partenza pari a 0,755 l di soluzione di Rodamina per m3 di acqua contenuta nel pozzo. • Lo Ioduro di Na è stato immesso a concentrazione crescente nelle 3 prove (sciogliendo lo NaI in 8 l di acqua): Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  31. Prove in moto forzato Esaurimento della Rodamina WT • La concentrazione di Rodamina WT nel pozzo di immissione è stata determinata da prelievi eseguiti: • all’inizio delle prove ad intervalli di circa 5 minuti; • successivamente, al procedere verso l’esaurimento del tracciante, si è arrivati ad intervalli di 30 minuti. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  32. Prove in moto naturale • Prove condotte tra la fine di Settembre e la fine di Ottobre 1982. • In tale periodo le condizioni del moto erano naturali non disturbate in quanto gli emungimenti a scopo irriguo erano terminati. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  33. Prove in moto naturale Condizioni nei due pozzi Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  34. Prove in moto naturale Pompe • Come nelle prove in moto forzato, in entrambi i pozzi sono state posizionate delle pompesommerse a 47 m di profondità. • Nel pozzo di iniezione è stata utilizzata nel circuito di riciclo una pompa da 3 CV, che riciclava alla portata di 0,84 m3/h. • Nel pozzo di pompaggio è stata utilizzata una pompa da 5 CV, che lavorava con una portata di 0,24 m3/h. Ciò induceva un abbassamento del livello piezometrico di non più di 1 cm. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  35. Prove in moto naturale Circuito di riciclo • Nel pozzo di immissione è stato mantenuto lo stesso circuito di riciclo utilizzato nelle prove in moto forzato, ma montato in modo diverso. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  36. Prove in moto naturale Immissione dei traccianti • Dopo aver introdotto nel pozzo di immissione la Rodamina WT, si è proceduto all’omogeneizzazione mediante pompa di riciclo per circa 1 ora. • Il giorno dopo è stato introdotto lo Ioduro diNa. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  37. Prove in moto naturale Prelievo dei campioni • In base ai risultati ottenuti con la Rodamina è stato deciso di prelevare: • 3 campioni al giorno per la prima settimana; • 1 campione al giorno per la seconda settimana; • 1 campione ogni 3 giorni per le settimane successive. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  38. Risultati delle prove • Prove in moto forzato • Curve di esaurimento della Rodamina e dello Iodio per le 3 prove • Curve di restituzione della Rodamina e dello Iodio per le 3 prove • Prove in moto naturale • Curve di esaurimento della Rodamina e dello Iodio • Curve di restituzione della Rodamina e dello Iodio Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  39. Prove in moto forzato • Gli abbassamenti della superficie freatica sono stati considerati trascurabili. • Infatti: per Q = 112 m3/h la superficie freatica del pozzo di pompaggio ha avuto un abbassamento di 11 cm (da confrontarsi con lo spessore d’acqua in quel pozzo in condizioni statiche: 12,34 m). Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  40. Prove in moto forzato Abbassamento del livello piezometrico Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  41. Prove in moto forzato Curva di esaurimento della Rodamina Prova N. 1 (Q = 112 m3/h) Concentrazione Concentrazione: 100 unità di fluorescenza = 2,5 · 10-7 l/l ore Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  42. Prove in moto forzato Curva di esaurimento dello Iodio Prova N. 1 (Q = 112 m3/h) Concentrazione 10-3 mg/l ore Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  43. Prove in moto forzato Curva di esaurimento della RodaminaProva N. 3 (Q = 25 m3/h) Concentrazione Concentrazione: 100 unità = 2,5 · 10-7 l/l ore Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  44. Prove in moto forzato Curva di esaurimento dello Iodio Prova N. 3 (Q = 25 m3/h) Concentrazione 10-3 mg/l ore Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  45. Prove in moto forzato • Dai diagrammi semi-log delle curve di esaurimento dei traccianti si ricava, facendo una media per le tre prove, che l’intervallo di tempo per avere una diminuzione della concentrazione dei traccianti di un fattore 10 è t = 13 minuti. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  46. 104 Prova N. 1 (112 m3/h) Iodio C0/C = 10 t =14 min 103 Concentrazione 102 Rodamina WT C0/C = 10 t =14,5 min 10 0 20 40 tempo (minuti) Prove in moto forzatoDiagramma semi-log delle curve di esauirimento dei traccianti Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  47. Prove in moto forzatoDeterminazione della velocità media di esaurimento dei traccianti • L’espressione che dà la V media di esaurimento si ricava a partire dalla relazione ( proposta da Guizerix et al., 1967) dove W0 = Hp(D’)2/4 è il volume d’acqua contenuto per tutto lo spessore dell’acqua nel pozzo; S = DHe è la “sezione efficace” trasversale per il flusso d’acqua. • Questo metodo è detto di diluizione puntuale e considera la diminuzione di concentrazione del tracciante rappresentata da una curva esponenziale. Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  48. Prove in moto forzatoDeterminazione della velocità media di esaurimento dei traccianti • Si ottiene: in cui: • D’ e D sono i diametri, interno (106 mm) ed esterno (110 mm), del tubo sfinestrato; • e è un coefficiente che dipende dalla sfinestratura (in questo caso 20%) che è stato assunto pari a 1,8; • t è il tempo necessario ad avere una diminuzione di un fattore 10 nella concentrazione dei traccianti (13 minuti). • E quindi: V = 11,3 m/d = 0,471 m/h Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  49. e D Prove in moto forzatoSignificato di e Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

  50. Curva di restituzione della Rodamina Prova N. 1 (Q = 112 m3/h) 50 Concentrazione Concentrazione: 100 unità = 2,5 · 10-7 l/l 50 10 0 15 0 5 10 ore Prove in moto forzato Palermo, DIIAA, Dott. Ing. A. Lanza

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