presentazione techgea baggio rovereto 2014

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 –[email protected]; Paolo Baggio –[email protected]

MCR - Workshop di Geofisica, Rovereto 4 dicembre 2014

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)

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

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

Diapositiva 5


Esempio 1

Ricerche idriche per potenziamento impianto idrico ad uso idropotabile a servizio della borgata di


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)

Diapositiva 6


Esempio 1


Indagini geoelettriche

Area umida

Calcescisto carbonatico

Calcescisto filladico

Area umida

Detrito aerato

B

A

Calcescisto carbonatico

Flussi idrici sotterranei

Diapositiva 7


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

Diapositiva 8

5

9

13

17

21

25

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

Liv

ello

din

am

ico

fa

lda

(m

da

l p

.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


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.

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).

Diapositiva 10


Esempio 2

Saitabat Village - Turkey Indagini geoelettriche

Granite hill

Groundwater

channelised flow

(predicted) Main spring

(catchment)

Swamp area with

secondary

outflows

Diapositiva 11


Esempio 2


Underground flow to SK1

Main channel - Underground flow to

SK2-3

Granite bedrock

Unsaturated loose deposits

Diapositiva 12


Esempio 2


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

Diapositiva 13


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

Diapositiva 14


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.

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

Diapositiva 16


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).

? ?

Diapositiva 17


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

Diapositiva 18


Esempio 3


perforazione a -32 m (livello falda)

perforazione a -50 m (strato più produttivo)

Diapositiva 19


Esempio 3


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)

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.

Diapositiva 21


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)

Diapositiva 22


Modello


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)

Diapositiva 23


Modello


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


Diapositiva 24


Modello


A B

A

B COLOR SCALE

Induced Polarization - mrad

A B

Surface water

Fractured zone with rising water

Shallow water Shallow water

Dry fault


La possibile presenza di acqua nella

frattura è stata confermata anche dalla

misura di polarizzazione indotta (debole

anomalia)

Diapositiva 25


Modello


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

Diapositiva 26


Modello


Expected water

25-26 m

Expected water

28-30 m

Priority#4 bis Priority#4 bis

L’ispezione con videocamera evidenzia la

risalita di acqua dalla frattura tubulare

Diapositiva 27


Modello


La prova di pompaggio a gradini evidenzia un

flusso turbolento a partire da 10 m3/h di

portata. Portata ottimale = 20 m3/h

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.

Diapositiva 29


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.

Diapositiva 30



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.

Diapositiva 31



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

Diapositiva 32

Grazie per l’attenzione

presentazione techgea baggio rovereto 2014

Engineering

sorgenti di risalita

barriera di risalita

champlas du col

risalita di acqua

captazione di sorgenti

corrispondenza della

risalita dellacqua

modello backstowing