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Premessa
The geophyical imaging A differenza della diagnostica medica per immagini (medical imaging), che
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Idrogeologia delle sorgenti montane  modelli di riferimento
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Le sorgenti per gravità sono caratterizzate dalla
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Ricerche idriche per potenziamento impianto idrico ad uso idropotabile ...
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Le sorgenti di frattura sono caratterizzate dalla risalita
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Modello «artesian spring»
Le sorgenti «artesiane» sono caratterizzate dalla
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Modello «artesian spring»
Esempio 5 Ricerche idriche per verifica vulnerabilità sorgente di acqua minerale ...
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Modello «artesian spring»
Esempio 5 Ricerche idriche per verifica vulnerabilità sorgente di acqua minerale ...
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Modello «artesian spring»
Esempio 5 Ricerche idriche per verifica vulnerabilità sorgente di acqua minerale ...
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Presentazione techgea baggio rovereto 2014

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geophysical investigation applied to hydrogeological setting

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Presentazione techgea baggio rovereto 2014

  1. 1. Diapositiva 1 Premessa The geophyical imaging A differenza della diagnostica medica per immagini (medical imaging), che valuta delle anomalie o differenze rispetto ad un modello di riferimento noto e per il quale si rilevano delle variazioni di forma o di valore del parametro fisico, la geofisica per immagini (geophysical imaging) presenta, in fase interpretativa, dei chiari limiti legati all’assenza di un modello geologico di riferimento. Per superare l’ambiguità interpretativa, su alcuni casi di studio si è applicata un’analisi incrociata di dati geofisici, geologici e idrogeologici. Il confronto tra più fattori (quali l’attribuzione di un corpo geofisico ad una possibile litologia tipica del sito, oppure il confronto tra le condizioni di permeabilità e il grado di saturazione) ha permesso di definire alcuni “modelli” tipici di situazioni idrogeologiche montane e di ottimizzare le modalità di captazione di sorgenti e pozzi Crest artesian spring kacakciyolu 1 Recharge area Raise of groundwater Geophysical survey Modalità di interpretazione di alcuni modelli geoelettrici applicati alla ricerca e captazione di sorgenti e pozzi in ambito montano Mario Naldi –info@techgea.eu; Paolo Baggio –baggiopao@libero.it MCR - Workshop di Geofisica, Rovereto 4 dicembre 2014
  2. 2. Diapositiva 2 Idrogeologia delle sorgenti montane  modelli di riferimento Sorgenti per movimento gravitativo Sorgenti per risalita di acqua in pressione (artesiane) (immagini riprese dal «manuals of drinking water supply» SKAT, 2001)
  3. 3. Diapositiva 3 Modello «backstowing» Le sorgenti di risalita sono caratterizzate dalla presenza di una barriera impermeabile che ostacola il deflusso sotterraneo dell’acqua e ne consente la risalita in superficie. La «barriera» può essere costituita da • Elementi tettonici (faglie) che costituiscono una barriera impermeabile o che mettono a contatto litotipi a differente permeabilità • Elementi morfologici che modellano il substrato lapideo in modo tale da creare i presupposti per l’accumulo d’acqua (backstowing) con risalita dell’acqua in corrispondenza della risalita del substrato lapideo
  4. 4. Diapositiva 4 Modello «backstowing» - barriera di risalita di origine tettonica Esempio 1 Ricerche idriche per potenziamento impianto idrico ad uso idropotabile a servizio della borgata di Champlas du Col - Sestriere (TO) L’attuale approvvigionamento della Borgata di Champlas du Col si colloca in località Grange Alp alla quota di 2000-2100 m s.l.m. dove sono presenti n° 3 sorgenti Apl 1 Alp 2 e Alp 3. I fabbisogni di incremento di alimentazione di acqua potabile necessari alle aspettative future di espansione, risulta essere di circa 1 l/s. Il settore oggetto di ricerca idrica individuato sulla base dello studio geologico è posto a monte dell’abitato di Champlas du Col alla quota di 1850 m s.l.m., in corrispondenza del piano Armudeus DESCRIZIONE GENERALE
  5. 5. Diapositiva 5 Modello «backstowing» - barriera di risalita di origine tettonica Esempio 1 Ricerche idriche per potenziamento impianto idrico ad uso idropotabile a servizio della borgata di Champlas du Col - Sestriere (TO) L’area di ricerca si colloca all’interno di un dissesto gravitativo profondo (DGPV, dissesto gravitativo di Champlas du Col), impostato nella zona superiore nell’unità dei calcescisti marmorei e marmi impuri del Complesso del Lago Nero (UNITA’ PERMEABILE PER FRATTURAZIONE), che risulta geometricamente sovrapposta agli scisti filladici di Cerogne-Ciantiplagna (UNITA’ IMPERMEABILE). La superficie di contatto tra le unità dei calcescisti marmorei e quella degli scisti filladici mantiene una giacitura inclinata verso ovest, con una componente secondaria verso nord che determina –nei confronti del pendio- un assetto a reggipoggio. La particolare configurazione morfologica del versante (alternanza di aree pianeggianti e in contropendenza) e la presenza di litotipi acquiferi e impermeabili, crea i presupposti per la presenza di fenomeni di accumulo tipo «backstowing» che alimentano numerose e piccole sorgenti coalescenti con ambienti umidi di tipo palustre come è il caso dell’area in esame. Modello idrogeologico Area umida (verde)
  6. 6. Diapositiva 6 Modello «backstowing» - barriera di risalita di origine tettonica Esempio 1 Champlas du Col - Sestriere (TO) Indagini geoelettriche Area umida Calcescisto carbonatico Calcescisto filladico Area umida Detrito aerato B A Calcescisto carbonatico Flussi idrici sotterranei
  7. 7. Diapositiva 7 Modello «backstowing» - barriera di risalita di origine tettonica Esempio 1 Champlas du Col - Sestriere (TO) Perforazione pozzi pilota nelle zone di risalita d’acqua in pressione Sono stati perforati due piezometri (pozzi pilota) di piccolo diametro in corrispondenza delle potenziali zone di risalita (pozzi pilota SH- P1 e SH-P2) Nel piezometro SH-P1 l’alimentazione proviene prevalentemente a partire – 10,30 m dal p.c. con flusso canalizzato. L’acquifero incontrato risulta in pressione con livello che rapidamente si ristabilizzava a -6,3 m da p.c. Per quanto riguarda il piezometro SH-P2 l’alimentazione proviene da un livello compreso tra – 6 m circa fino a -3,7 m dal p.c. L’acquifero incontrato ha una pressione inferiore a SH-P1 con livello che rapidamente si ristabilizzava a circa -3,0 m da p.c. quota questa poco al di sopra dei rigurgiti evidenziati fini a -3,7 m. In generale, il sistema acquifero è caratterizzato da un acquifero fratturato alimentato da acqua in pressione nelle fratture poste prevalentemente a partire – 10,30 m dal p.c. con flusso canalizzato che tende a risalire per l’effetto barriera creato dai blocchi massivi di calcescisto carbonatico
  8. 8. Diapositiva 8 5 9 13 17 21 25 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 Livellodinamicofalda(mdalp.c.) Tempo di pompaggio (secondi) Champlas du Col Piezometro-pozzo P1 - PROVA DI EMUNGIMENTO A GRADINI Quadro riepilogativo dati Gradini di portata liv statico Q (l/s) liv dinamico Delta s Qs 1 6,43 0,15 6,71 0,280 0,536 2 6,43 0,36 7,43 1,000 0,360 3 6,43 0,57 8,30 1,870 0,305 4 6,43 0,74 9,48 3,050 0,243 5 6,43 0,83 18,10 11,670 0,071 6 6,43 1,19 24,70 18,270 0,065 Modello «backstowing» - barriera di risalita di origine tettonica Esempio 1 Champlas du Col - Sestriere (TO) Prove di pompaggio per la valutazione della portata estraibile La prova di pompaggio a gradini nel SH-P1 ha evidenziato come il flusso canalizzato di quota -10.30 m abbia una portata di circa 0.7 l/s con drastica riduzione a portate superiori (svuotamento pozzo). La risalita del livello è pressoché immediata dopo il fermo pompaggio.
  9. 9. Diapositiva 9 Modello «backstowing» - barriera di risalita di origine morfologica Esempio 2 Saitabat Village - Turkey Granite hill crest Existing spring (irregular flow rate) old catchment L’area di ricerca è rappresentata da una sorta di circo glaciale, caratterizzato, alla base, da un’area pianeggiante (ad una quota di circa 1600 m s.l.m.) e da un rilievo collinare che crea una contropendenza. Al piede del versante emerge una sorgente (captata) e numerose piccole venute che determinano un impaludamento dell’area pianeggiante. Il modello idrogeologico prevede un flusso canalizzato nel detrito morenico e risalita dell’acqua al contatto con l’area pianeggiante (per motivi tettonici o morfologici) DESCRIZIONE GENERALE Flat area Hydrological basin Glacial deposits upon granite bedrock Il fabbisogno di acqua è pari ad una portata media di 10 l/s, decisamente superiore alla portata attuale (con forti oscillazioni stagionali).
  10. 10. Diapositiva 10 Modello «backstowing» - barriera di risalita di origine morfologica Esempio 2 Saitabat Village - Turkey Indagini geoelettriche Granite hill Groundwater channelised flow (predicted) Main spring (catchment) Swamp area with secondary outflows
  11. 11. Diapositiva 11 Modello «backstowing» - barriera di risalita di origine morfologica Esempio 2 Saitabat Village - Turkey Indagini geoelettriche Underground flow to SK1 Main channel - Underground flow to SK2-3 Granite bedrock Unsaturated loose deposits
  12. 12. Diapositiva 12 Modello «backstowing» - barriera di risalita di origine morfologica Esempio 2 Saitabat Village - Turkey Indagini geoelettriche Buried granite spur (groundwater divide) Main groundwater channel Granite bedrock Channel feeding SK4 source Granite bedrock Unsaturated loose deposits Swamp area Le ghiaie sature hanno una resistività compresa tra 100 e 200 ohm.m
  13. 13. Diapositiva 13 Modello «backstowing» - barriera di risalita di origine morfologica Esempio 2 Saitabat Village - Turkey MODELLO IDROGEOLOGICO Hard rock Groundwater flow (channelised) SK 1 SK2-4 Granite spur (morphologic barrier) Trench catchment position to collect both the flows
  14. 14. Diapositiva 14 Modello «backstowing» - barriera di risalita di origine morfologica Esempio 2 Saitabat Village - Turkey Realizzazione dell’opera di presa E’ stata realizzata una trincea drenante per intercettare la zona centrale più produttiva dei flussi canalizzati La portata media è compresa tra 14 e 15 l/s.
  15. 15. Diapositiva 15 Modello «gravity contact» Le sorgenti per gravità sono caratterizzate dalla presenza di un livello impermeabile basale che consente il deflusso canalizzato dell’acqua. Le sorgenti gravitative emergono al contatto tra profilo topografico e livello impermeabile. Sono tra le sorgenti più diffuse in contesto montano
  16. 16. Diapositiva 16 Modello «gravity contact» Esempio 3 Ricerche idriche per potenziamento impianto idrico ad uso idropotabile (località non citabile) L’esempio illustrato si riferisce alla dispersione di un rio a carattere stagionale all’interno di un subalveo detritico di spessore ignoto, e con fuoriuscita a valle in alcune manifestazioni sorgive di tipo «gravity contact» (a circa 1.5-2 km m di distanza a valle). ? ?
  17. 17. Diapositiva 17 Modello «gravity contact» Esempio 3 Ricerche idriche per potenziamento impianto idrico ad uso idropotabile (località non citabile) Indagini geoelettriche I depositi saturi (blocchi e ciottoli con ghiaia) hanno una resistività compresa tra 500 e 1000 ohm.m Tratto filtrato Pompa perforazione pozzo nella zona di risalita del substrato perforazione pozzo nella zona di risalita del substrato
  18. 18. Diapositiva 18 Modello «gravity contact» Esempio 3 Ricerche idriche per potenziamento impianto idrico ad uso idropotabile (località non citabile) perforazione a -32 m (livello falda) perforazione a -50 m (strato più produttivo)
  19. 19. Diapositiva 19 Modello «gravity contact» Esempio 3 Ricerche idriche per potenziamento impianto idrico ad uso idropotabile (località non citabile) Quadro riepilogativo dati Gradini di portata liv statico Q (l/s) liv dinamico Delta s Qs 1 36,93 13,00 37,36 0,430 30,233 2 36,93 15,00 37,50 0,570 26,316 3 36,93 17,50 38,25 1,320 13,258 La prova di pompaggio a gradini nel PP1 ha evidenziato come il flusso canalizzato di subalveo alimenti una falda di elevate caratteristiche di permeabilità e immagazzinamento. La portata richiesta (10-12 l/s) determina abbassamenti minimi del livello dinamico (< 0.5 m)
  20. 20. Diapositiva 20 Modello «fracture and tubular spring» Le sorgenti di frattura sono caratterizzate dalla risalita di acqua in pressione generalmente lungo intersezioni di fratture o faglie, con allargamento di tipo carsico o per dilavamento della zona di faglia (milonite cataclastica). Generalmente non sono collegate ad una falda (reticolo di fratture) ma a singole strutture idroconduttrici che determinano la fuoriuscita di sorgenti in zone di substrato lapideo con sottile copertura detritica.
  21. 21. Diapositiva 21 Modello «fracture and tubular spring» 0 50 100m Prod. well Priority 2 Boreholes Priority 1 Priority 3 Dry well Survey area 1 Survey area 2 Exploration well Water well Borehole Modello Esempio 4 Ricerche idriche per stabilimento acque minerali (località non citabile - Brazil) L’area in esame è posta in una depressione morfologica nella regione di San Paolo (Brasile), caratterizzata da una sottile copertura di suolo argilloso su substrato di scisti quarzitici/gneiss. Per aumentare la produzione di acqua minerale sono stati perforati in passato 5 pozzi profondi (100 m) e due piezometri, con esito negativo. E’ stata quindi eseguita una indagine geoelettrica allo scopo di evidenziare la presenza di fratture idroconduttrici per il posizionamento di un nuovo pozzo produttivo (necessario per l’installazione di una nuova linea di imbottigliamento)
  22. 22. Diapositiva 22 Modello «fracture and tubular spring»Modello Esempio 4 Ricerche idriche per stabilimento acque minerali (località non citabile - Brazil) Il rilievo geofisico ha previsto il tracciamento di linee perimetrali allo stabilimento con un elevato numero di elettrodi (60/80) e spaziatura minima (1 o 2 m)
  23. 23. Diapositiva 23 Modello «fracture and tubular spring»Modello Esempio 4 Ricerche idriche per stabilimento acque minerali (località non citabile - Brazil) Di tutte le linee geoelettriche, solo la linea ERT1 ha evidenziato un’anomalia correlabile con una frattura idroconduttrice A B A B ERT 4 COLOR SCALE Electrical resistivity - log10 (Ohm·m) ERT 2 Priority 1 Weathered rock Weathered rock (clay) Hard rock (quartzite schist) Fault/fracture Shallow GW table Fractured zone with water Fractured zone with water
  24. 24. Diapositiva 24 Modello «fracture and tubular spring»Modello Esempio 4 Ricerche idriche per stabilimento acque minerali (località non citabile - Brazil) A B A B COLOR SCALE Induced Polarization - mrad A B Surface water Fractured zone with rising water Shallow waterShallow water Dry fault Fractured zone with water La possibile presenza di acqua nella frattura è stata confermata anche dalla misura di polarizzazione indotta (debole anomalia)
  25. 25. Diapositiva 25 Modello «fracture and tubular spring»Modello Esempio 4 Ricerche idriche per stabilimento acque minerali (località non citabile - Brazil) Geological Model Geophysical Model E’ stato perforato un primo pozzo (priority #4) con continui problemi di collasso delle pareti. Il pozzo è stato riperforato a 5 m di distanza con installazione di un rivestimento definitivo nei primi 20 m
  26. 26. Diapositiva 26 Modello «fracture and tubular spring»Modello Esempio 4 Ricerche idriche per stabilimento acque minerali (località non citabile - Brazil) Expected water 25-26 m Expected water 28-30 m Priority#4 bisPriority#4 bis L’ispezione con videocamera evidenzia la risalita di acqua dalla frattura tubulare
  27. 27. Diapositiva 27 Modello «fracture and tubular spring»Modello Esempio 4 Ricerche idriche per stabilimento acque minerali (località non citabile - Brazil) La prova di pompaggio a gradini evidenzia un flusso turbolento a partire da 10 m3/h di portata. Portata ottimale = 20 m3/h
  28. 28. Diapositiva 28 Modello «artesian spring» Le sorgenti «artesiane» sono caratterizzate dalla risalita di acqua in pressione generalmente nelle zone di fondovalle per la presenza di un livello impermeabile che determina un delta piezometrico rispetto all’arae di ricarica. Possono essere collegate ad una falda o a un reticolo diffuso di fratture intercomunicanti che, lungo finestre tettoniche o zone di apertura delle strutture idroconduttrici determinano la fuoriuscita di sorgenti.
  29. 29. Diapositiva 29 Modello «artesian spring» Esempio 5 Ricerche idriche per verifica vulnerabilità sorgente di acqua minerale (zona non citabile)  La sorgente oggetto di valutazione è posta in una zona a morfologia ondulata, disabitata e priva di vie di comunicazione, in un contesto ideale per il prelievo di acqua minerale. In fase di due diligence per l’acquisizione della sorgente è sorta la necessità di verificare l’interferenza tra il flusso di alimentazione della sorgente e un rio stagionale, posto a circa 30 m dall’opera di presa. E’ stata quindi eseguita una indagine geoelettrica allo scopo di evidenziare il modello idrogeologico e l’interferenza con le acque superficiali.
  30. 30. Diapositiva 30 Modello «artesian spring» Esempio 5 Ricerche idriche per verifica vulnerabilità sorgente di acqua minerale (zona non citabile) – modello geofisico A L’indagine geoelettrica ha evidenziato la presenza di un modello di risalita dell’acqua lungo un’ampia fascia di alterazione (arenizzazione granito) con formazione e sbocco di una sorgente artesiana. Il rio è diviso da uno sperone roccioso (granito) che agisce da spartiacque sotterraneo e impedisce la miscela tra le acque superficiali e le acque profonde.
  31. 31. Diapositiva 31 Modello «artesian spring» Esempio 5 Ricerche idriche per verifica vulnerabilità sorgente di acqua minerale (zona non citabile) – modello idrogeologico Main stream Licensed source Weathered granite Shallow water divide Massive granite (very low permeability) GWL Massive granite Massive granite Weathered granite «Finestra» di apertura del granito impermeabile e fuoriuscita di acqua in pressione
  32. 32. Diapositiva 32 Grazie per l’attenzione

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