Modello di flusso preliminare

Per una futura calibrazione dei test di iniezione con sol di silice colloidale o ulteriori prove con tracciante è stato sviluppato un modello di filtrazione alle differenze finite tramite MODFLOW/Modpath (Harbaugh-USGS, 2005) con interfaccia grafica Model Muse (Winston-USGS, 2009), schematizzando un modello semplificato con pozzo di iniezione e di estrazione, in modo da verificare i tempi di migrazione ed i percorsi preferenziali delle particelle, cercando di massimizzare il rapporto tra portate di iniezione ed estrazione, nell’ottica di evitare significativi abbassamenti/innalzamenti dei livelli piezometrici (potenzialmente pericolosi per instabilità, deformazioni e cedimenti in aree fortemente urbanizzate). Il modello di filtrazione è stato calibrato sulla scorta dei parametri idraulici ottenuti dalle indagini di permeabilità e, per valutare una potenziale variabilità di risposta attesa al sito, si sono adottati all’occorrenza valori rappresentativi quali quelli medi, di upper bound e lower bound attesi.

Il modello preliminare, nei suoi assunti di base è stato realizzato sulla scorta dell’esperienza di Hamderi e Gallagher (2013), non tiene in conto di problematiche legate a fenomeni di diffusione/dispersione o interazioni chimiche di soluzioni multifase, pertanto, lo scopo principale è solamente quello di individuare il comportamento generale di un flusso laminare con moto indotto artificialmente nella falda freatica superficiale, ipotizzando le traiettorie di flusso principali nonché i corrispondenti tempi di migrazione (travel time) attesi nel percorso fra i due pozzi. Inoltre si è ricercata una massimizzazione delle portate di iniezione ed estrazione tale per cui la fluttuazione del livello freatico risultasse minima e, comunque, accettabile per non alterare gli equilibri tensionali in un ipotetico terreno di

fondazione. Procedendo per tentativi si è giunti ad una combinazione ritenuta ottimale e per cui il rapporto tra portate di iniezione Qin e di estrazione Qout risulta Qin≈1.3 Qout.

L’analisi numerica è stata condotta simulando un acquifero costituito da sabbie con assetto stratigrafico assimilabile a quello rilevato presso il campo prova e, quindi, suddivise secondo 2 tipologie principali sovrimposte quali l’Unità A e B poggianti sul letto alluvionale (Unità C) costituito da terreni semimpermeabili argillosi; il livello freatico di saturazione è stato imposto alla profondità di -1.0 m da p.c. Lo schema geometrico del modello rappresenta un’area di 100 m x 25 m nel piano orizzontale x-y per una profondità complessiva di 7 m (equivalente allo spessore di 6 m di sabbie + 1 m di argille semimpermeabili alla base). Quindi sono stati modellati n. 2 pozzi con diametro 10 cm (uno di iniezione ed uno di estrazione) posti ad un interdistanza di 5 m a cavallo della zona centrale dell’area e fenestrati da quota -4 a -6 m di profondità. Quali condizioni al contorno del modello, date le dimensioni complessive in relazione all’assetto idrogeologico generale (caratterizzato da un gradiente naturale molto basso), sono stati definti dei confini laterali a pressione/carico costante. Il modello è stato discretizzato inizialmente in blocchi di 1 m3_,

ma la griglia di calcolo è stata raffittita progressivamente verso i pozzi, sino ad ottenere una maglia con passo 0.1 m nella zona centrale, di influenza diretta dei pozzi.

Un profilo piezometrico statico finale adeguato è stato raggiunto assegnando progressivamente diverse aliquote di iniezione e di estrazione, senza indurre cambiamenti significativi nel livello freatico superficiale. Da questi tentativi, con le condizioni di contorno ed i parametri idraulici adottati, si è osservato che il maggior incremento di flusso fra i 2 pozzi si ottiene quando il rapporto tra le portate in entrata ed in uscita arriva a

Qin≈1.3 Qout (vedi figura 4-24).

I primi tentativi sono stati condotti adottando i parametri idrogeologici al limite inferiore

LB, in quanto ritenuti più difficoltosi ed ostativi per le problematiche inerenti la filtrazione

e permeazione. Secondo tale rapporto di riferimento, adottando una Qout=1.2x10-4 m3/s (7.2

l/min) e Qin = 1.6 x10-4 m3/s (9.6 l/min), si ottiene una debole risalita del livello

piezometrico WLC sino a + 7.0 cm rispetto alle condizioni iniziali; parallelamente è possibile

stimare un tempo di migrazione delle particelle TLBfra i due pozzi pari a circa 18 h. Quindi

con le stesse portate di iniezione/estrazione ma adottando parametri caratteristici al limite superiore UB si ottiene un tempo di migrazione TUB ≈ 16.4 h ed un lieve abbassamento del

pelo libero pari a WLC = – 7cm.

Ulteriori tentativi con parametri UB, aumentando progressivamente le portate di iniezione/estrazione, mantenendo comunque il rispettivo rapporto 1/1.3 e nell’ottica di contenere le oscillazioni del pelo libero di falda, hanno consentito di raggiungere valori massimi di Qin = 6.4x10-4 m3/s (38.4 l/min), Qout = 4.8x10-4 m3/s (28.8 l/min) con un tempo

di migrazione TUB ≈ 4.5 h max ed un innalzamento piezometrico pari WLC = +14 cm.

Inoltre da una prima comparazione dei tempi di migrazione attesi in base alle modellazioni numeriche ed i dati sperimentali ottenuti in sede di prova PDT con tracciante, si può desumere come i tempi di migrazione del tracciante salino monitorato attraverso Pz2 risultino sostanzialmente compatibili con i range temporali stimati di modello.

Pozzo di estrazione (a) Pozzo di iniezione (b) Pozzo di estrazione Pozzo di iniezione c)

Figura 4-24. Modello di flusso per sistema di iniezione/estrazione elaborato tramite MODFLOW; particolare ingrandito in pianta(a) e in sezione (b) con illustrazione delle isolinee di carico idraulico e dei percorsi di filtrazione attesi; c) discretizzazione griglia di calcolo.

Questi valori vanno considerati come semplice punto di partenza per una più approfondita analisi e/o verifica in campo prova (con traccianti in continuo o con utilizzo di miscele permeanti) che possa tenere in conto l’effetto di fenomeni chimico-fisici legati anche al trasporto di massa ed alla evoluzione della viscosità dei fluidi per modellazioni di flusso con gradiente indotto artificialmente nei depositi costieri di Rimini. Tali considerazioni preliminari potranno inoltre risultare utili a valutare la fattibilità di tecniche di permeazione o di test di iniezione con miscele a comportamento reologico prossimo a quello dell’acqua.