9. Monitoraggio delle portate e risposta delle sorgenti

9. Monitoraggio delle portate e risposta delle sorgenti

9.1. Generalità sugli idrogrammi e risposta dell'acquifero

Una valutazione importante nella comprensione di un sistema di acquifero è la relazione esistente tra precipitazioni e portate delle sorgenti. L'acquifero può essere considerato come un sistema dinamico che può presentare diversi tipi di comportamenti nei confronti dell'acqua sotterranea che risultano dall'intervento delle funzioni del serbatoio in risposta ad impulsi esterni. Impulso, trasferimento e risposta costituiscono i comportamenti dell'acquifero. Questi comportamenti influenzano la regolamentazione delle portate le caratteristiche idrodinamiche. Risulta evidente che il regime delle sorgenti, come quello di falda, è in relazione al regime pluviometrico, anche se l'anno idrologico medio non corrisponde sempre con l'anno pluviometrico medio, per effetto dell'azione regolatrice dell'acquifero, inducendo una differenza temporale tra i massimi pluviometrici e i massimi di portata delle sorgenti. Questo fenomeno prende il nome di risposta dell'acquifero, definibile come “l'effetto dell'insieme dei fattori che contribuiscono a ritardare

l'innalzamento del livello di falda rispetto all'arrivo delle precipitazioni al suolo” (Celico,

1986).

I fattori che influenzano la risposta di un acquifero sono molteplici; tra questi si ricordano:

1) i tempi di infiltrazione delle acque di precipitazione, che possono essere trattenute

in superficie dalla vegetazione, dai suoli di copertura e dal letto di fogliame;

2) i tempi di percolazione delle acque nella zona di areazione (zona insatura). In

considerazione di questo fattore, è importante considerare il tipo di circolazione idrica sotterranea in relazione ai vari tipi di rocce: è lecito attendersi una circolazione più veloce negli acquiferi con sede in depositi di tipo alluvionale rispetto a quanto potrebbe accadere in acquiferi carbonatici o litoidi dove la superficie di falda si può trovare anche molto in profondità rispetto alla superficie del suolo. Quanto appena esposto non sempre si verifica in quanto negli acquiferi carbonatici o litoidi si presentano dei fenomeni che riducono molto il tempo di risposta, come per esempio una rete molto sviluppata di microfratture con presenza di fratture beanti o addirittura di veri e propri canali carsici nelle rocce carbonatiche, che aumentano la velocità delle acque di infiltrazione, portando ad avere dei tempi di risposta anche di poche ore. Risulta evidente quindi che un ruolo determinante sulla risposta dell'acquifero sia fornito dalle caratteristiche del mezzo acquifero stesso (Scesi e Gattinoni, 2007)

3) il profilo morfologico e la pendenza dei terreni ove circolano le acque

4) caratteristiche e stagionalità delle precipitazioni, quali il tipo di precipitazione

(l'infiltrazione della neve è più lenta rispetto a quella della pioggia) e l'intensità della pioggia, in quanto precipitazioni molto intense portano alla rapida saturazione del primo strato di terreno superficiale facilitando fenomeni di ruscellamento mentre piogge molto frazionate subiscono perdite importanti per evapotraspirazione.

5) stato fisico del suolo; ad esempio le gelate invernali ne fanno diminuire la

permeabilità.

6) l'orientamento e distribuzione spaziale delle fratture, per acquiferi in roccia 7) gli scambi con acquiferi adiacenti

Il confronto tra gli istogrammi delle precipitazioni e gli idrogrammi di deflusso delle sorgenti può dare informazioni sulla risposta dell'acquifero e fornire informazioni utili per ipotizzare i tipi di circuito che alimentano le sorgenti in esame (Celico, 1986).

Per la valutazione degli afflussi meteorici relativi ai presunti bacini imbriferi delle emergenze oggetto di studio è necessario un metodo che consenta di passare dalle misure puntuali, disponibili in corrispondenza delle stazioni pluviometriche, a una quantificazione areale delle precipitazioni. Nel presente studio è stato utilizzato il metodo dei topoieti (Thiessen, 1911). Il metodo consiste nel congiungere le stazioni pluviometriche tramite segmenti e nel tracciare le mediane dei segmenti. Dall'intersezione di tali mediane si vengono a delineare in planimetria dei poligoni, ognuno racchiudente una stazione pluviometrica e l'area di competenza di questa stazione. Ciò ha consentito di delimitare l'area di influenza di ciascuna stazione pluviometrica di riferimento e di confrontare quindi le portate delle sorgenti con le precipitazioni medie relative al topoieto entro cui queste ricadevano. In particolare, le portate relative alle sorgenti Salvalodi 2, Tiglio Solatio e Papacqua 1 sono confrontate con gli apporti pluviometrici registrati alla stazione pluviometrica di Santa Luce, quelle delle sorgenti Fontini 1, Gusceglie 3, Madonna della Salute e Massone sono messe in relazione alle precipitazioni rilevate alla stazione pluviometrica di Riparbella e quelle della sorgente Doccino con gli apporti precipitativi della stazione di Miemo.

Sorgenti Quota sorgenti (m s.l.m.)

Coordinate [GB] sorgenti Stazione di riferimento

Quota stazione (m s.l.m)

Coordinate [GB] stazioni Distanza sorgente-stazione (km) SL2 485 E 162995 N 481542 S.Luce 196 E 162652 N 481428 4 TS 477 E 163006 N 481451 S.Luce 196 E 162652 N 481428 3,3 F1 523 E 162851 N 480708 Riparbella 230 E 162976 N 480268 5,1 MdS 343 E 162874 N 480479 Riparbella 230 E 162976 N 480268 4,2 G3 443 E 162917 N 480632 Riparbella 230 E 162976 N 480268 4,5 P1 384 E 162739 N 480941 S.Luce 196 E 162652 N 481428 6,7 D 469 E 163087 N 480585 Miemo 420 E 163521 N 480754 2,5 M 304 E 162930 N 480499 Riparbella 230 E 162976 N 480268 4,7

Tab. 9.1.2 - Tabella di confronto delle quote e delle distanze sorgenti-stazioni pluviometriche di riferimento 9.2. Studio degli idrogrammi delle sorgenti oggetto di indagine

L'analisi della forma dell'idrogramma di portata di una sorgente fornisce in prima approssimazione alcune utili informazioni in quanto dipende dalle caratteristiche idrauliche della sorgente e della sua rete alimentante, nonché dalla caratteristiche climatiche e fisiografiche della sua area di alimentazione. Queste informazioni si dimostrano molto più utili se esaminate e comparate con il regime pluviometrico che caratterizza il loro bacino di alimentazione. Come è possibile ipotizzare sulla base delle sezioni geologiche ed idrogeologiche realizzate, con buona probabilità si tratta di sorgenti alimentate da bacini idrogeologici di area modesta. Pertanto, per ciascuna sorgente oggetto di studio, si riporta il confronto tra il regime delle portate misurate nell'arco del periodo di monitoraggio (mag. 2015- apr. 2016) e il regime delle precipitazioni nel presunto bacino di alimentazione registrato in quello stesso periodo che si fa coincidere con il regime delle precipitazioni del topoieto entro cuiè ubicata la sorgente stessa. Per la rappresentazione nei grafici vengono utilizzati i colori utilizzati nella carta idrogeologica (blu nel caso di sorgenti che si attestano in acquifero, giallo per quelle che scaturiscono da acquitardi).

Fig. 9.2.1 - Confronto tra le precipitazioni giornaliere e l'idrogramma della sorgente Salvalodi 2 ricostruito nel periodo maggio 2015 - aprile 2016

L'idrogramma di portata della sorgente Salvalodi 2 (Fig. 9.2.1), impostata entro l'acquifero di Monteverdi Marittimo, si caratterizza per un andamento articolato del profilo Q-t caratterizzato da netti picchi di piena in concomitanza di eventi precipitativi di una certa consistenza (≥ 30 mm). Si osserva un graduale trend di decrescita delle portate in corrispondenza dell'inizio del periodo di monitoraggio, nel periodo maggio-luglio, periodo di minimo apporto precipitativo, che viene perturbato dal mese di agosto dall'arrivo delle piogge. Nel corso del monitoraggio si è registrata una portata massima di 55 l/min in data 04/11/2015 e due picchi di portata minima di 25 e 24 l/min rispettivamente in data 21/07/2015 e 20/12/2015 per una variazione massima di 20 l/min e una portata media di 33 l/min. Emerge una buona corrispondenza tra regime delle piogge e incrementi di portata con tempi di risposta dell'acquifero entro le 48 ore.

Fig. 9.2.2 - Confronto tra le precipitazioni giornaliere e l'idrogramma della sorgente Tiglio Solatio ricostruito nel periodo maggio 2015 - aprile 2016

L'idrogramma di portata della sorgente Tiglio Solatio (Fig. 9.2.2), che drena anch'essa l'acquifero del Flysch di Monteverdi Marittimo, mostra analogie con quello della sorgente Salvalodi 2. Anche in questo caso ad un tratto iniziale di graduale decremento delle portate in corrispondenza del periodo maggio – luglio segue un andamento del profilo Q/t articolato caratterizzato da netti picchi di portata che corrispondono ad apporti precipitativi di una certa entità ( ≥ 30 mm) che si registrano a partire dal mese di agosto.

Nel corso del monitoraggio si è registrato un massimo di portata di 50 l/min in data 22/10/2015 ed un picco di portata minima di 12 l/min in data 26/11/2015, per una variazione massima di 36 l/min e una portata media di 32 l/min. Il tempo che intercorre tra il massimo di precipitazione e il massimo picco di piena, che rappresenta il tempo di risposta dell'acquifero è compreso tra le 48 e le 72 ore.

Fig. 9.2.3 - Confronto tra le precipitazioni giornaliere e l'idrogramma della sorgente Papacqua 1 ricostruito nel periodo maggio 2015 - aprile 2016

Per quanto concerne la sorgente Papacqua 1, che drena l'acquifero dei Calcari a Calpionelle, dal grafico di Fig. 9.2.3 si osserva come nel periodo maggio - luglio, in assenza di apporti precipitativi, la portata subisca un decremento, dapprima rapido (profilo con forte pendenza nei mesi di maggio e giugno)e poi sempre più graduale fino a fine luglio. A partire dal mese di agosto, quando gli apporti precipitativi si fanno più intensi con valori di precipitazione anche maggiore 30 mm l'idrogramma cambia aspetto; ai picchi di precipitazione (~50 mm di pioggia giornalieri) corrispondono picchi di portata con tempi di risposta entro le 24 ore circa. Ai massimi di precipitazione registrati in data 29/08/2015 e 04/11/2015 è seguito un incremento di portata entro le 24 ore con valori di portata rispettivamente di circa 130 e 100 l/min. Il massimo valore di portata rilevato durante l'arco del monitoraggio è stato misurato in data 03/03/2016 quando si è misurato una portata della sorgente pari a 150 l/min, risultato delle copiose precipitazioni dei mesi di gennaio mentre la portata minima riscontrata alla sorgente durante il periodo di studio è stata di 60 l/min; la variazione massima quindi è stata di 90 l/min mentre la portata media di circa 100 l/min.

Fig. 9.2.4 - Confronto tra le precipitazioni giornaliere e l'idrogramma della sorgente Fontini 1 ricostruito nel periodo maggio 2015 - aprile 2016

Completamente diverso da quelli visti in precedenza è l'idrogramma relativo alla sorgente Fontini 1 che drena l'acquitardo dei Basalti.

Il profilo Q-t appare molto più dolce (Fig. 9.2.4). Episodi precipitativi isolati seppur consistenti (~ 40 mm di pioggia giornaliera) non producono variazioni di portata apprezzabili. Graduali e modesti incrementi di portata di osservano invece a seguito di periodi di piogge anche modeste ma frequenti. Le portate della sorgente possono risentire degli apporti pluviometrici con tempi di risposta anche di alcuni giorni (~ 5 giorni). Per quanto concerne valori massimi e minimi di portata nel corso del monitoraggio, in data 22/09/2015 è stata misurata una portata massima di 33 l/min, mentre in data 12/08/2015 una portata minima di 14 l/min; la variazione massima subita dalla sorgente è risultata pari a 19 l/min, la portata media è stata 27 l/min.

Fig. 9.2.5 - Confronto tra le precipitazioni giornaliere e l'idrogramma della sorgente Gusceglie 3 ricostruito nel periodo maggio 2015 - aprile 2016

Per l'idrogramma della sorgente Gusceglie 3 (Fig. 9.2.5), impostata entro l'acquitardo dei Basalti, vale gran parte delle considerazioni fatte per la sorgente Fontini 1. L'andamento del profilo è dolce, le variazioni di portata graduali e contenute; non si osservano picchi di portata particolarmente elevati in quanto eventi precipitativi isolati non sono sufficienti a produrre significative variazioni. Incrementi di portata significativi si riscontrano invece a seguito di periodi di frequenti piogge anche di modesta entità. Il tempo che mediamente intercorre tra inizio delle precipitazioni e incremento della portata è stimabile intorno ai 5-7 giorni. Il range entro cui varia la portata è di 23 l/min con un massimo di portata di 35-7 l/min misurato in data 03/03/2016 e un minimo di 14 l/min misurato il 12/08/2015. Il valore della portata media è di 25 l/min.

Fig. 9.2.6 - Confronto tra le precipitazioni giornaliere e l'idrogramma della sorgente Madonna della Salute ricostruito nel periodo maggio 2015 - aprile 2016

L'idrogramma della sorgente Madonna della Salute (Fig. 9.2.6), anch'essa impostata entro la formazione dei Basalti, si caratterizza per un rapido decremento delle portate all'inizio del periodo di monitoraggio, nei mesi di maggio-giugno, che diventa via via più graduale; a partire dal mese di agosto si osserva un continuo trend di incremento di portata che prosegue fino al termine del periodo di monitoraggio. Il profilo risulta dolce, caratterizzato da tratti a maggiore pendenza, indicativi di un più rapido incremento di portata, a seguito di eventi precipitosi consistenti (53,6 mm giornalieri in data 29/10/2015) o di eventi di modesta entità ma con maggiore frequenza con tempi di risposta stimabili entro 4-5 giorni. Durante il monitoraggio è stata registrata una portata massima della sorgente di 152 l/min in data 17/03/2016, una minima di 66 l/min in data 19/08/2015 e una portata media di 113 l/min; il range di variazione massimo è risultato pari a 86 l/min.

Fig. 9.2.7 - Confronto tra le precipitazioni giornaliere e l'idrogramma della sorgente Massone ricostruito nel periodo maggio 2015 - aprile 2016

Dall'idrogramma della sorgente Massone (Fig.9.2.7), la sola impostata entro la formazione delle Serpentiniti, emerge come non tutti gli eventi precipitosi influenzino il regime delle portate della sorgente; solo per eventi di una certa consistenza (≥ 40 mm di pioggia giornaliera) o per piogge anche più modeste ma persistenti (diversi giorni consecutivi di pioggia) si riscontrano significativi incrementi di portata con tempi di risposta stimabili intorno ai 10 giorni dall'inizio della precipitazione. Nel corso del monitoraggio si è registrato un massimo di portata di 76 l/min in data 03/03/2016 ed un picco di portata minima di 50 l/min in data 12/08/2015 per una variazione massima di 26 l/min e una portata media di 62 l/min.

Fig. 9.2.8 - Confronto tra le precipitazioni giornaliere e l'idrogramma della sorgente Doccino ricostruito nel periodo maggio 2015 - aprile 2016

L'idrogramma della sorgente Doccino (Fig. 9.2.8) che drena l'acquifero dei Basalti mostra un andamento caratterizzato da variazioni di portata lievi e graduali senza picchi di portata particolarmente elevati rispetto alla media; il range massimo di variazione delle portate è di 29 l/min essenso stata misurata una portata massima di 124 l/min in data 24/02/2016 e una minima di 85 l/min in data 29/08/2015. Il tempo medio di risposta della sorgente all'arrivo di apporti pluviometrici è stimabile in circa 7 giorni.

9.3. Discussione dei valori degli idrogrammi di portata relativi alle sorgenti di studio

In generale, per le sorgenti Salvalodi 2 e Tiglio Solatio, che drenano entrambe l'acquifero del Flysch di Monteverdi, emerge una buona corrispondenza tra apporti precipitativi ed incrementi di portata.

L'aspetto dei due idrogrammi, così articolato e caratterizzato da pronunciati picchi di portata, mette in evidenza come il regime sorgivo sia suscettibile di cambiamento ogni qual volta si verifichino anche brevi e modeste precipitazioni. Sulla base di queste informazioni è possibile ipotizzare in prima approssimazione che le suddette sorgenti drenino un acquifero significativamente fratturato caratterizzato da una rapida circolazione sotterranea, probabilmente in circuiti non molto profondi. La sorgente Papacqua 1 è la sola tra quelle di studio che drena l'acquifero dei Calcari a Calpionelle. Come per le sorgenti Salvalodi 2 e Tiglio Solatio l'idrogramma, eccetto nel periodo di regime non influenzato, mostra un andamento complesso con nette variazioni di portata che si misurano a meno di 24 ore dall'inizio delle piogge. Simili variazioni annue della portata (ampio range di variazione ~ 90 l/min) e strettissime relazioni tra precipitazioni e portata (tempo di risposta minori di 24 ore) portano ad ipotizzare che oltre al processo fessurativo l'acquifero dei Calcari a Calpionelle sia interessato da processi di parziale carsificazione. Le sorgenti Fontini 1, Gusceglie 3, Madonna della Salute, Massone e Doccino drenano l'acquitardo ofiolitico e mostrano un andamento del profilo Q-t che ben si adatta con la bassa permeabilità che lo caratterizza. Il ritardo tra i punti caratteristici della curva (picchi di massimo e minimo, inizio piogge, risalita della portata) è esteso rispetto alle sorgenti che drenano gli acquiferi e i tempi di risposta sono stimabili in diversi giorni (5-10 giorni). A parità di acquitardo drenato, la variabilità dei tempi di risposta e l'entità delle portate (portata massima minore di 40 l/min per le sorgenti Gusceglie 3 e Fontini 1 e maggiore di 100 l/min per Doccino, Madonna della Salute etc.) è probabilmente da attribuire al grado di fratturazione della porzione di roccia drenata e allo sviluppo della fessurazione in profondità (vedi Tab. 9.3.1).

Quota (m s.l.m) T media acqua (°C) Classificazione in funzione della T media pH medio Portata media (m3_/s) Portata max (m3_/s) Portata min (m3_/s) Classificazione in base alla portata

minima

Indice di variabilità

Rv SL2 485 13,1 Acque fredde 7,2 0,0005 0,0009 0,0004 Classe 6 Costante

TS 477 13,1 Acque fredde 7,2 0,0005 0,0008 0,0002 Classe 6 Costante F1 523 14,1 Acque fredde 7,6 0,0004 0,0005 0,0002 Classe 6 Costante MdS 353 15,4 Acque fredde 7,4 0,0019 0,0025 0,0011 Classe 5 Costante G3 543 14,5 Acque fredde 7,5 0,0004 0,0006 0,0002 Classe 6 Costante P1 384 13,5 Acque fredde 7,3 0,0017 0,0025 0,0010 Classe 5 Costante D 469 15,3 Acque fredde 7,5 0,0018 0,0021 0,0013 Classe 5 Costante M 304 16,4 Acque fredde 6,9 0,0010 0,0013 0,0008 Classe 6 Costante Tab. 9.3.1 – Tabella riassuntiva delle sorgenti monitorate durante il periodo di studio e loro caratteristiche principali (SL2 = Salvalodi 2; TS = Tiglio Solatio; F1 = Fontini 1; MdS = Madonna della Salute; G3 = Gusceglie 3; P1 = Papacqua 1; D = Doccino; M = Massone;)

9.4. Generalità sul modello di Maillet (1911) per l'elaborazione delle curve di esaurimento

Analizzando in generale le curve di efflusso annuale delle sorgenti (Fig. 9.4.1), soprattutto se alimentate da sistemi fratturati come nel caso di studio del presente lavoro, è possibile suddividere la suddetta curva in due porzioni:

– la curva di ricarica, dove è evidente un aumento delle portate; – la curva di esaurimento, ove è evidente un decremento delle portate

Fig. 9.4.1 – Esempio di curva di efflusso annuale di una sorgente in cui sono evidenziati il tratto di ricarica e quello di esaurimento

Dall'analisi delle curve di esaurimento è possibile ricavare alcuni parametri riguardanti la porzione di acquifero drenata dalla sorgente analizzata (Fig. 9.4.2):

α = coefficiente di esaurimento, ovvero la velocità con cui l'acquifero tende a svuotarsi. Un valore elevato di questo parametro indica uno svuotamento rapido del serbatoio indicativo di una maggiore permeabilità del sistema;

W0 = immagazzinamento dinamico in acquifero all'inizio del periodo di esaurimento t0;

Wt = immagazzinamento dinamico in acquifero al tempo t

ΔW = capacità di svuotamento, ovvero il volume d'acqua defluito tra il tempo t0 = 0 e il

tempo t.

L'analisi delle curve di esaurimento risulta più efficace quando queste non subiscono variazioni di portata per opera delle precipitazioni ovvero in regime non influenzato. In un diagramma portate-tempi, osservando la modalità di decremento delle portate si hanno delle curve concave verso l'alto ed asintotiche sull'asse dei tempi o tangenti nel caso in cui le portate delle emergenze siano nulle che possono essere espresse da equazioni esponenziali o iperboliche.

Fig. 9.4.2 - Idrogramma sorgivo in condizioni di regime non influenzato (diagramma Q-t)

Qualora il decremento delle portate segua una legge esponenziale, come comunemente avviene, la determinazione dei parametri descritti in precedenza si effettua tramite l'equazione di Maillet (1911) (Celico, 1986):

Q = Q0 e- αt

dove Q = portata della sorgente al tempo t (m3_/s)

Q0 = portata della sorgente al tempo t0 all'inizio del periodo di esaurimento (m3/s)

α = coefficiente di esaurimento

t = tempo (t ≠ 0) trascorso dall'inizio dell'esaurimento (in giorni)

Nelle precedente relazione l'unica incognita è rappresentata dal coefficiente di esaurimento α. Considerando il diagramma t-Q, se il decremento delle portate sorgive segue la legge esponenziale, in un diagramma semilogaritmico t-logQ (logaritmo naturale) risultano allineati. La retta interpolatrice è rappresentativa della curva di esaurimento; l'intercetta della retta sulle ordinate corrisponde alla portata iniziale Q0 al tempo t0 (inizio

dell'esaurimento), mentre Qtn al tempo tn può essere fissata a piacere, ad esempio alla fine

del periodo di esaurimento (in giorni).

Dalla relazione di Maillet (1911) si può ricavare:

α = (logQ0 – log Qtn)/tn

Se correttamente interpretato, α fornisce dati utili sulla circolazione idrica sotterranea; in genere, valori elevati di α (ad es. 10-2 _giorni -1_{) indicano una maggiore rapidità con cui}

l'acquifero tende a svuotarsi (quindi una maggiore permeabilità); valori bassi (ad es. 10 --3_giorni -1_{) sono indicative di una minore conducibilità idraulica, con svuotamento più lento}

dell'acquifero (Kresic 1997). Per quanto concerne i restanti parametri (W0, Wt, etc.)

partendo dalla formula di Maillet (1911) integrando la precedente relazione da un tempo t0=0 a t=∞, si ottiene il volume d'acqua immagazzinato al tempo t0=0 (inizio del periodo di

esaurimento) con la seguente relazione:

W0 = Q0/α · 86400 Immagazzinamento dinamico W0 al tempo t0 (m3)

Questo valore fornisce la stima del volume d'acqua presente all'interno dell'acquifero all'inizio dell'esaurimento. Per ottenere il valore del volume d'acqua immagazzinato in un qualsiasi momento t, quindi anche a fine dell' esaurimento, avremo che

Wt = Q0/αeαt ·86400 Immagazzinamento dinamico Wt al tempo t

dall'inizio del periodo di esaurimento (m3₎

La differenza tra il volume presente all'inizio del periodo di esaurimento e quello presente alla fine dell'esaurimento (oppure in un momento t) ci fornisce la quantità di acqua defluita dalla sorgente durante in periodo di esaurimento ossia la capacità di svuotamento:

ΔW = W0-Wt

dove ΔW = Capacità di svuotamento (m3₎

W0 = Immagazzinamento dinamico W0 al tempo t0 (m3)

Wt = Immagazzinamento dinamico Wt alla fine del periodo di esaurimento (m3)

Dall'analisi e l'utilizzo dei precedenti parametri è possibile ricavare il tasso di rinnovamento Tr (Tab. 9.4.4) che esprime in percentuale i quantitativi d'acqua che vengono rinnovati nel corso dell'anno idrologico: esso è dato dal rapporto tra la capacità di svuotamento e l'immagazzinamento riferito al tempo t= t0, ovvero all'inizio

dell'esaurimento:

Tasso di rinnovamento (Tr)

Importanza delle riserve regolatrici

Capacità regolatrice dell'acquifero

Annuale Pluriennale

U 100 % trascurabile nulla nulla

U 50% media accettabile limitata

U 10% grande ottimale ottimale

< 10% molto grande molto grande molto grande

Tab. 9.4.4 - Tasso di rinnovamento, importanza delle riserve regolatrici e capacità regolatrice dell'acquifero (da Magarat in Castany, 1968; modificato).

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Il tasso di rinnovamento è un parametro utile per valutare l'importanza delle riserve regolatrici disponibili e la capacità regolatrice naturale dell'acquifero. Valori elevati di Tr indicano una modesta capacità di autoregolazione del sistema; viceversa, valori bassi di Tr indicano la presenza di ingenti riserve regolatrici che assicurano una notevole capacità di compensazione all'acquifero, ovvero una scarsa sensibilità del sistema a periodi siccitosi anche lunghi (Civita, 2008).

Un altro importante parametro è il Delay Time (DTt) detto anche tempo di

autosostentamento della portata. Questo parametro fornisce, in giorni, il tempo nel quale il volume delle riserve ancora presenti nell'acquifero potrebbe sostenere una portata pari a quella misurata alla fine dell'esaurimento, ipotizzando che gli apporti pluviometrici siano nulli.

DTt=[( Q0/α · e-αt)/Qt] · 86400

dove DTt = tempo di autosostentamento della portata (giorni)

α = coefficiente di esaurimento

9.5. Studio delle curve di esaurimento delle sorgenti di studio

Come già detto in precedenza, l'idrogramma di una sorgente, rappresentato su un diagramma cartesiano Q-t ed esaminato nel periodo in cui la ricarica è nulla o trascurabile, è una curva concava verso l'alto asintotica all'asse t nota anche come curva di esaurimento. Una curva di esaurimento è significativa se ricostruita su un periodo sufficientemente lungo (> 30-50 giorni), in condizioni di regime non influenzato, ovvero in assenza di precipitazioni tali da disturbare sensibilmente l'andamento della curva. Di seguito, per ciascuna sorgente sarà verificato che sull'idrogramma in condizioni di regime non influenzato il decremento delle portate sorgive segua la legge esponenziale in modo che in un diagramma semilogaritmico logQ-t la curva di esaurimento sia una retta con coefficiente angolare il coefficiente di esaurimento α. Quest'ultimo è un parametro importante poiché caratterizza lo svuotamento delle falde idriche in regime non influenzato esprimendo la rapidità con cui l'acquifero tende a svuotarsi.

Per la sorgente Salvalodi 2 la curva di esaurimento è stata valutata su un periodo di 77 giorni dal 05/05/2015 al 21/07/2015 con una portata ad inizio esaurimento di 35 l/min e una portata a fine esaurimento di 25 l/min. Sul diagramma Q-t (Fig. 9.5.1) il decremento delle portate segue la legge esponenziale quindi è stato possibile ricavare il coefficiente di esaurimento α che nel diagramma semilogaritmico logQ-t rappresenta il coefficiente angolare della retta di esaurimento (Fig. 9.5.2). Per la sorgente Salvalodi 2 è stato calcolato un coefficiente di esaurimento pari a 0,002 giorni-1

Fig. 9.5.1- Curva di esaurimento della sorgente Salvalodi 2 rappresentata sul diagramma Q-t

Fig. 9.5.2 - Curva di esaurimento della sorgente Salvalodi 2 rappresentata sul diagramma logQ-t 05/05/20 15 27/05/20 15 17/06/20 15 07/07/20 15 21/07/20 15 0 10 20 30 40

Curva di esaurimento della sorgente Salvalodi 2

Salvalodi 2 Exponential Regression for Salvalodi 2 giorni Q (l/ m in ) 05/05/20 15 27/05/20 15 17/06/20 15 07/07/20 15 21/07/20 15 1 10 100

Curva di esaurimento della sorgente Salvalodi 2

Salvalodi 2 Exponential Regression for Salvalodi 2 giorni Q (l/ m in )

La curva di esaurimento della sorgente Tiglio Solatio è stata valutata su un periodo di 77 giorni dal 05/05/2015 al 21/07/2015 con una portata all'inizio dell'esaurimento di 36 l/min e una portata a fine esaurimento di 24 l/min (Fig. 9.5.3). Anche in questo caso per il calcolo del coefficiente di esaurimento è stato possibile applicare la relazione di Maillet; il coefficiente di esaurimento è risultato pari a 0,003 giorni-1 _{(Fig. 9.5.4).}

Fig. 9.5.3 - Curva di esaurimento della sorgente Tiglio Solatio rappresentata sul diagramma Q-t

Fig. 9.5.4 - Curva di esaurimento della sorgente Tiglio Solatio rappresentata sul diagramma logQ-t

05/05/ 2015 27/05/ 2015 17/06/ 2015 07/07/ 2015 21/07/ 2015 0 10 20 30 40

Curva di esaurimento della sorgente Tiglio Solatio

Tiglio Solatio Exponential Regression for Tiglio Solatio giorni Q (l/ m in ) 05/05/ 2015 27/05/ 2015 17/06/ 2015 07/07/ 2015 21/07/ 2015 1 10 100

Curva di esaurimento della sorgente Tiglio Solatio

Tiglio Solatio Exponential Regression for Tiglio Solatio giorni Q (l/ m in )

Per ricostruire la curva di esaurimento della sorgente Papacqua 1 è stato preso in considerazione il periodo che va dal 05/05/2015 al 21/07/2015. All'inizio dell'esaurimento è stata misurata una portata della sorgente pari a 174 l/min mentre a fine esaurimento la portata era di 60 l/min. Come mostra il diagramma Q-t (Fig. 9.5.5)i valori di portata registrati si dispongono secondo una curva asintotica all'asse t che se riportata su un diagramma semilogaritmo log Q-t (Fig. 9.5.6) assume un andamento rettilineo con coefficiente angolare α pari a 0,02 giorni-1_.

Fig. 9.5.5- Curva di esaurimento della sorgente Papacqua 1 rappresentata sul diagramma Q-t

Fig. 9.5.6 - Curva di esaurimento della sorgente Papacqua 1 rappresentata sul diagramma logQ-t

05/05 /2015 27/05 /2015 17/06 /2015 07/07 /2015 21/07 /2015 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Curva di esaurimento della sorgente Papacqua 1

Papacqua 1 Exponential Regression for Papacqua 1 giorni Q (l/ m in ) 05/05 /2015 27/05 /2015 17/06 /2015 07/07 /2015 21/07 /2015 10 100 1000

Curva di esaurimento della sorgente Papacqua 1

Papacqua 1 Exponential Regression for Papacqua 1 giorni Q (l/ m in )

La curva di esaurimento della sorgente Fontini 1 è stata ricostruita su un periodo di 99 giorni ossia dal 05/05/2015, data di inizio esaurimento in corrispondenza della quale è stata misurata una portata di 32 l/min, al 12/08/2015, data di fine esaurimento con una portata di 19 l/min.

Il decremento delle portate può essere espresso da un'equazione esponenziale nel diagramma Q-t (Fig. 9.5.7) per cui nel diagramma log Q-t i valori di portata risultano allineati secondo una retta di cui il coefficiente di esaurimento α rappresenta il coefficiente angolare (Fig. 9.5.8); ciò rende applicabile la relazione di Maillet. Il coefficiente di esaurimento della sorgente Fontini 1 risulta pari a 0,002 giorni-1_.

Fig. 9.5.7 - Curva di esaurimento della sorgente Fontini 1 rappresentata sul diagramma Q-t

Fig. 9.5.8 - Curva di esaurimento della sorgente Fontini 1 rappresentata sul diagramma logQ-t

05/05/ 2015 27/05/ 2015 17/06/ 2015 07/07/ 2015 21/07/ 2015 12/08/ 2015 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Curva di esaurimento della sorgente Fontini 1

Fontini 1 Exponential Regression for Fontini 1 giorni Q (l/ m in ) 05/05/ 2015 27/05/ 2015 17/06/ 2015 07/07/ 2015 21/07/ 2015 12/08/ 2015 1 10 100

Curva di esaurimento della sorgente Fontini 1

Fontini 1 Exponential Regression for Fontini 1 giorni Q (l/ m in )

Per la sorgente Gusceglie 3 la curva di esaurimento è stata ricostruita utilizzando in valori di portata misurati dal 05/05/2015 al 12/08/2015. La portata misurata a inizio esaurimento è stata di 37 l/min mentre quella di fine esaurimento di 14 l/min.

Sul diagramma Q-t (Fig. 9.5.9) i valori di portata si dispongono a formare una curva asintotica all'asse t che segue la legge esponenziale e che quindi se riportata sul diagramma semilogaritmico log Q-t risulta una retta (Fig. 9.5.10). Da questa retta è stato possibile ricavare il coefficiente di esaurimento α della sorgente Gusceglie 3 che è risultato pari a 0,004 giorni-1_.

Fig. 9.5.9 - Curva di esaurimento della sorgente Gusceglie 3 rappresentata sul diagramma Q-t

Fig. 9.5.10 - Curva di esaurimento della sorgente Gusceglie 3 rappresentata sul diagramma logQ-t

05/05/ 2015 27/05/ 2015 17/06/ 2015 07/07/ 2015 21/07/ 2015 12/08/ 2015 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Curva di esaurimento della sorgente Gusceglie 3

Gusceglie 3 Exponential Regression for Gusceglie 3 giorni Q (l/ m in ) 05/05/ 2015 27/05/ 2015 17/06/ 2015 07/07/ 2015 21/07/ 2015 12/08/ 2015 1 10 100

Curva di esaurimento della sorgente Gusceglie 3

Gusceglie 3 Exponential Regression for Gusceglie 3 giorni Q (l/ m in )

Per ricostruire la curva di esaurimento della sorgente Madonna della Salute è stato preso in considerazione il periodo che va dal 05/05/2015 al 12/08/2015. All'inizio dell'esaurimento è stata misurata una portata della sorgente pari a 134 l/min mentre a fine esaurimento la portata era di 67 l/min. Come mostra il diagramma Q-t (Fig. 9.5.11) i valori di portata registrati si dispongono secondo una curva asintotica all'asse t che se riportata su un diagramma semilogaritmo log Q-t (Fig. 9.5.12) assume un andamento rettilineo con coefficiente angolare α pari a 0,01 giorni-1_.

Fig. 9.5.11 - Curva di esaurimento della sorgente Madonna della Salute rappresentata sul diagramma Q-t

05/05/ 2015 27/05/ 2015 17/06/ 2015 07/07/ 2015 21/07/ 2015 12/08/ 2015 0 20 40 60 80 100 120 140 160

Curva di esaurimento della sorgente M.della Salute

M.della Salute Exponential Regression for M.della Salute giorni Q (l/ m in ) 05/05/ 2015 27/05/ 2015 17/06/ 2015 07/07/ 2015 21/07/ 2015 12/08/ 2015 10 100 1000

Curva di esaurimento della sorgente M.della Salute

M.della Salute Exponential Regression for M.della Salute giorni Q (l/ m in )

La curva di esaurimento della sorgente Massone è stata ricostruita su un periodo di 99 giorni ossia dal 05/05/2015, data di inizio esaurimento in corrispondenza della quale è stata misurata una portata di 75 l/min, al 12/08/2015, data di fine esaurimento con una portata di 50 l/min.

Il decremento delle portate può essere espresso da un'equazione esponenziale nel diagramma Q-t (Fig. 9.5.13) per cui nel diagramma log Q-t i valori di portata risultano allineati secondo una retta di cui il coefficiente di esaurimento α rappresenta il coefficiente angolare (Fig. 9.5.14); ciò rende applicabile la relazione di Maillet. Il coefficiente di esaurimento della sorgente Massone risulta pari a 0,004 giorni-1_.

Fig. 9.5.13 - Curva di esaurimento della sorgente Massone rappresentata sul diagramma Q-t

Fig. 9.5.14 - Curva di esaurimento della sorgente Massone rappresentata sul diagramma logQ-t

05/05/ 2015 27/05/ 2015 17/06/ 2015 07/07/ 2015 21/07/ 2015 12/08/ 2015 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Curva di esaurimento della sorgente Massone

Massone Exponential Regression for Massone giorni Q (l/ m in ) 05/05/ 2015 27/05/ 2015 17/06/ 2015 07/07/ 2015 21/07/ 2015 12/08/ 2015 10 100 1000

Curva di esaurimento della sorgente Massone

Massone Exponential Regression for Massone giorni Q (l/ m in )

Per la sorgente Doccino la curva di esaurimento è stata ricostruita utilizzando in valori di portata misurati dal 05/05/2015 al 12/08/2015. La portata misurata a inizio esaurimento è stata di 126 l/min mentre quella di fine esaurimento di 102 l/min.

Sul diagramma Q-t (Fig. 9.5.15) i valori di portata si dispongono a formare una curva asintotica all'asse t che segue la legge esponenziale e che quindi se riportata sul diagramma semilogaritmico log Q-t risulta una retta (Fig. 9.5.16). Da questa retta è stato possibile ricavare il coefficiente di esaurimento α della sorgente Doccino che è risultato pari a 0,004 giorni-1

Fig. 9.5.15 - Curva di esaurimento della sorgente Doccino rappresentata sul diagramma Q-t

05/05/ 2015 27/05/ 2015 17/06/ 2015 07/07/ 2015 21/07/ 2015 12/08/ 2015 0 20 40 60 80 100 120 140

Curva di esaurimento della sorgente Doccino

Doccino Exponential Regression for Doccino giorni Q (l/ m in ) 05/05/ 2015 27/05/ 2015 17/06/ 2015 07/07/ 2015 21/07/ 2015 12/08/ 2015 10 100 1000

Curva di esaurimento della sorgente Doccino

Doccino Exponential Regression for Doccino giorni Q (l/ m in )

9.6. Discussione dei parametri ricavati dalle curve di esaurimento delle sorgenti di studio

Dall'elaborazione delle curve di esaurimento delle sorgenti monitorate, in particolare dall'interpretazione dei coefficienti di esaurimento calcolati a partire dai valori di portata misurati in condizioni di regime non influenzato, è stato possibile fare delle considerazioni sulla circolazione idrica sotterranea. La maggior parte delle sorgenti si caratterizza per bassi valori del coefficiente di esaurimento (α=10-3 _giorni -1_{), che generalmente indicano}

una minore conducibilità idraulica con svuotamento più lento dell'acquifero/acquitardo. Solo per le sorgenti Papacqua 1 e Madonna della Salute si possono segnalare coefficienti di esaurimento di un ordine di grandezza superiore legati a una maggiore rapidità di svuotamento dell'acquifero e quindi una maggiore permeabilità delle rocce drenate dalle sorgenti.

Esaminando i dati della tabella (Tab. 9.6.1) emerge come per tutte le sorgenti, eccetto Papacqua 1 e Madonna della Salute, si ottengano dei bassi valori del tasso di rinnovamento (Tr<50%) che indicano la presenza di ingenti riserve regolatrici che assicurano una notevole capacità di compensazione all'acquifero e quindi una scarsa sensibilità del sistema a periodi siccitosi anche lunghi. Per quanto concerne le sorgenti Papacqua 1 e Madonna della Salute si segnala un tasso di rinnovamento medio-alto in accordo con un altro parametro importante che è il DT (Delay time), ovvero il tempo di autosostentamento della portata. L'intervallo di tempo in giorni nel quale il volume delle riserve regolatrici ancora presenti in acquifero potrebbe sostenere una portata sorgiva mediamente uguale a quella di fine esaurimento, nell'ipotesi di cessazione di ogni ricarica attiva risulta per le suddette sorgenti di pochi giorni (2 per Papacqua 1 e 6 per Madonna della Salute) a conferma della scarsa importanza che rivestono le riserve regolatrici che drenano i bacini di queste due sorgenti. Sorgente Acquifero/acquitardo drenato α W0 Wd ΔW Tr DTt giorni-1 _m3 _m3 _m3 _{% giorni} Salvalodi 2 AQ MTV 0,002 25056 21479 3577 14% 51 Tiglio Solatio AQ MTV 0,003 17280 13715 3565 21% 34 Fontini 1 AT of 0,002 22896 18783 4113 18% 59 M.d.la Salute AT of 0,010 19008 7062 11946 63% 6 Gusceglie 3 AT of 0,004 13392 9012 4380 33% 39 Papacqua 1 AQ CCL 0,020 12528 1729 10799 86% 2 Doccino AT of 0,004 45360 30527 14833 33% 18 Massone AT of 0,004 27000 18171 8829 33% 22