La nota riporta lo stato dell’arte sul problema dell’emungimento dei pozzi vicino a corpi idrici superficiali. Negli ultimi sessanta anni molti autori hanno trattato l'argomento, ricavando varie relazioni per stimare la quantità di acqua richiamata dai fiumi per effetto dell’emungimento. Lo studio di queste interazioni, sostanzialmente riconducibili al fatto che la portata emunta dal pozzo (Q) proviene in parte dal fiume (qs) ed in parte dall’acquifero (qa), è di fondamentale importanza in quanto l’emungimento di pozzi in prossimità di fiumi può indurre la diminuzione delle portate fluviali ed il richiamo di acque superficiali vulnerabili e/o di qualità scadente, che nel caso di pozzi per uso idropotabile può innescare una serie di problemi sanitari. Il rapporto tra la quantità d’acqua richiamata dal fiume per effetto dell’emungimento e la portata emunta è definita stream depletion (qs/Q). Nel caso di piane alluvionali estese è possibile localizzare il pozzo lontano dai corsi d’acqua in modo da non richiamare o limitare il richiamo di acqua dal corpo idrico superficiale. Nel caso di pozzi in valli strette, tipiche delle zone montane, le condizioni topografiche condizionano le scelte progettuali (pozzi localizzati a pochi metri dal corpo idrico superficiale): in queste condizioni è necessario progettare il pozzo cercando di limitare il richiamo di acqua superficiale, e ciò può essere fatto agendo sulla posizione e sulla lunghezza del tubo fenestrato. I primi studi riguardanti questo problema hanno analizzato sistemi idrogeologici “semplici” caratterizzati da fiume e pozzo “penetranti” nell’acquifero fino al letto impermeabile (GLOVER & BALMER, 1954; JENKINS, 1968). GRIGORIEV (1957) e BOCHEVER (1966) hanno per primi studiato l’effetto di pozzi localizzati vicino a fiumi poco profondi rispetto allo spessore saturo dell’acquifero. WILSON (1993) ha descritto analiticamente la stream depletion per un corpo idrico superficiale, “penetrante” nell’acquifero fino al letto impermeabile, alimentato da una portata unitaria (qu). BUTLER et alii (2001) e BUTLER et alii (2007), con l’ausilio della modellizzazione numerica, hanno ricavato diversi abachi per stimare la stream depletion in condizioni transitorie per sistemi idrogeologici multistrato e per fiumi di vari spessori con streambed a permeabilità diversa da quella dell’acquifero. DI MATTEO & DRAGONI (2005) hanno proposto una relazione empirica, ottenuta mediante l’ausilio del modello MODFLOW (MCDONALD & HARBAUGH, 1988), per la stima della stream depletion in condizioni d’equilibrio, in funzione di vari parametri idrogeologici ed idraulici (portata unitaria della falda, portata emunta, lunghezza del tubo cieco del pozzo, perimetro bagnato del fiume, distanza pozzo-fiume, trasmissività dell’acquifero, anisotropia ed un nuovo parametro definito overlap). L’overlap permette di considerare, indirettamente, la componente verticale del flusso dal fiume verso il pozzo; tale componente è elevata quando il tubo cieco del pozzo è molto lungo rispetto alla profondità del fiume. Sono in corso di completamento da parte degli stessi autori ulteriori ricerche per la stima della quantità di acqua proveniente dai laghi per effetto dell’emungimento dei pozzi (lake depletion). I sistemi pozzi-laghi parzialmente penetranti ed alimentati da una portata unitaria non possono essere descritti dall’equazione di DI MATTEO & DRAGONI (2005) in quanto alcuni parametri quali il perimetro bagnato (l) e la larghezza (w), per questi sistemi, non hanno significato. I primi risultati ottenuti in termini di lake depletion (qL/Q), mediante le simulazioni con il modello MODFLOW, mostrano che quando la larghezza del corpo idrico superficiale si avvicina all'incirca a 2000 m la quantità di acqua richiamata per effetto del pompaggio è indipendente dalla sua larghezza e dal suo "perimetro bagnato filtrante": in un certo senso, dal punto di vista di un pozzo e del problema in esame, il fiume diventa "lago" quando la sua larghezza supera i 2000 m. Inoltre le simulazioni fino ad oggi eseguite (da considerarsi come esperimenti numerici) indicano che per rapporti percentuali tra profondità del lago e spessore dell’acquifero ≥ 80% i valori di lake depletion per pozzi con tubo fenestrato completamente penetrante tendono a quelli ricavabili mediante la formula di WILSON (1993). Ulteriori simulazioni dovrebbero permettere di avere a disposizione una casistica sufficiente a ricavare una formula che includa anche i casi di fully penetrating lake descritti da WILSON (1993). Bibliografia - BOCHEVER F.M. 1966. Evaluation of well-field yield in alluvial aquifers: The impact of a partially penetrating stream. Proceedings of VODGEO (Hydrogeology) 13: 84-115. - BUTLER J.J., ZLOTNIK V.A., TSOU M-S.. 2001. Drawdown and stream depletion produced by pumping in the vicinity of a partially penetrating stream. Ground Water 39, no. 5: 651-659. - BUTLER J.J., ZHAN X., ZLOTNIK V.A. 2007. Pumping-Induced Drawdown and Stream Depletion in a Leaky Aquifer System. Ground Water 45, no. 2: 178-186. - DI MATTEO L., DRAGONI W. 2005. Empirical Relationships for estimating stream depletion by a well pumping near a gaining stream. Ground Water, 43 (2), 242-249. - GLOVER R.E., BALMER G.G.. 1954. River depletion resulting from pumping a well near a river. Transactions, American Geophysical Union 35: 468-470. - GRIGORYEV V.M. 1957. The effect of streambed siltation on well-field in alluvial aquifers. Water Supply and Sanitation 6: 110-118. - JENKINS C.T. 1968. Techniques for computing rate and volume of stream depletion by wells. Ground Water 6, no. 2: 37-46. - MCDONALD M.G., HARBAUGH A.W. 1988. A modular three-dimensional finite-difference groundwater flow model. U.S. Geological Survey Techniques of Water-Resources Investigations, book 6, chap. A1, 586 p. - WILSON J.L. 1993. Induced infiltration in aquifers with ambient flow. Water Resources Research 29, no. 10: 3503-3512.
Interazione tra emungimento di pozzi per acqua e corpi idrici superficiali: stato dell’arte e sviluppi recenti
DI MATTEO, Lucio;
2007
Abstract
La nota riporta lo stato dell’arte sul problema dell’emungimento dei pozzi vicino a corpi idrici superficiali. Negli ultimi sessanta anni molti autori hanno trattato l'argomento, ricavando varie relazioni per stimare la quantità di acqua richiamata dai fiumi per effetto dell’emungimento. Lo studio di queste interazioni, sostanzialmente riconducibili al fatto che la portata emunta dal pozzo (Q) proviene in parte dal fiume (qs) ed in parte dall’acquifero (qa), è di fondamentale importanza in quanto l’emungimento di pozzi in prossimità di fiumi può indurre la diminuzione delle portate fluviali ed il richiamo di acque superficiali vulnerabili e/o di qualità scadente, che nel caso di pozzi per uso idropotabile può innescare una serie di problemi sanitari. Il rapporto tra la quantità d’acqua richiamata dal fiume per effetto dell’emungimento e la portata emunta è definita stream depletion (qs/Q). Nel caso di piane alluvionali estese è possibile localizzare il pozzo lontano dai corsi d’acqua in modo da non richiamare o limitare il richiamo di acqua dal corpo idrico superficiale. Nel caso di pozzi in valli strette, tipiche delle zone montane, le condizioni topografiche condizionano le scelte progettuali (pozzi localizzati a pochi metri dal corpo idrico superficiale): in queste condizioni è necessario progettare il pozzo cercando di limitare il richiamo di acqua superficiale, e ciò può essere fatto agendo sulla posizione e sulla lunghezza del tubo fenestrato. I primi studi riguardanti questo problema hanno analizzato sistemi idrogeologici “semplici” caratterizzati da fiume e pozzo “penetranti” nell’acquifero fino al letto impermeabile (GLOVER & BALMER, 1954; JENKINS, 1968). GRIGORIEV (1957) e BOCHEVER (1966) hanno per primi studiato l’effetto di pozzi localizzati vicino a fiumi poco profondi rispetto allo spessore saturo dell’acquifero. WILSON (1993) ha descritto analiticamente la stream depletion per un corpo idrico superficiale, “penetrante” nell’acquifero fino al letto impermeabile, alimentato da una portata unitaria (qu). BUTLER et alii (2001) e BUTLER et alii (2007), con l’ausilio della modellizzazione numerica, hanno ricavato diversi abachi per stimare la stream depletion in condizioni transitorie per sistemi idrogeologici multistrato e per fiumi di vari spessori con streambed a permeabilità diversa da quella dell’acquifero. DI MATTEO & DRAGONI (2005) hanno proposto una relazione empirica, ottenuta mediante l’ausilio del modello MODFLOW (MCDONALD & HARBAUGH, 1988), per la stima della stream depletion in condizioni d’equilibrio, in funzione di vari parametri idrogeologici ed idraulici (portata unitaria della falda, portata emunta, lunghezza del tubo cieco del pozzo, perimetro bagnato del fiume, distanza pozzo-fiume, trasmissività dell’acquifero, anisotropia ed un nuovo parametro definito overlap). L’overlap permette di considerare, indirettamente, la componente verticale del flusso dal fiume verso il pozzo; tale componente è elevata quando il tubo cieco del pozzo è molto lungo rispetto alla profondità del fiume. Sono in corso di completamento da parte degli stessi autori ulteriori ricerche per la stima della quantità di acqua proveniente dai laghi per effetto dell’emungimento dei pozzi (lake depletion). I sistemi pozzi-laghi parzialmente penetranti ed alimentati da una portata unitaria non possono essere descritti dall’equazione di DI MATTEO & DRAGONI (2005) in quanto alcuni parametri quali il perimetro bagnato (l) e la larghezza (w), per questi sistemi, non hanno significato. I primi risultati ottenuti in termini di lake depletion (qL/Q), mediante le simulazioni con il modello MODFLOW, mostrano che quando la larghezza del corpo idrico superficiale si avvicina all'incirca a 2000 m la quantità di acqua richiamata per effetto del pompaggio è indipendente dalla sua larghezza e dal suo "perimetro bagnato filtrante": in un certo senso, dal punto di vista di un pozzo e del problema in esame, il fiume diventa "lago" quando la sua larghezza supera i 2000 m. Inoltre le simulazioni fino ad oggi eseguite (da considerarsi come esperimenti numerici) indicano che per rapporti percentuali tra profondità del lago e spessore dell’acquifero ≥ 80% i valori di lake depletion per pozzi con tubo fenestrato completamente penetrante tendono a quelli ricavabili mediante la formula di WILSON (1993). Ulteriori simulazioni dovrebbero permettere di avere a disposizione una casistica sufficiente a ricavare una formula che includa anche i casi di fully penetrating lake descritti da WILSON (1993). Bibliografia - BOCHEVER F.M. 1966. Evaluation of well-field yield in alluvial aquifers: The impact of a partially penetrating stream. Proceedings of VODGEO (Hydrogeology) 13: 84-115. - BUTLER J.J., ZLOTNIK V.A., TSOU M-S.. 2001. Drawdown and stream depletion produced by pumping in the vicinity of a partially penetrating stream. Ground Water 39, no. 5: 651-659. - BUTLER J.J., ZHAN X., ZLOTNIK V.A. 2007. Pumping-Induced Drawdown and Stream Depletion in a Leaky Aquifer System. Ground Water 45, no. 2: 178-186. - DI MATTEO L., DRAGONI W. 2005. Empirical Relationships for estimating stream depletion by a well pumping near a gaining stream. Ground Water, 43 (2), 242-249. - GLOVER R.E., BALMER G.G.. 1954. River depletion resulting from pumping a well near a river. Transactions, American Geophysical Union 35: 468-470. - GRIGORYEV V.M. 1957. The effect of streambed siltation on well-field in alluvial aquifers. Water Supply and Sanitation 6: 110-118. - JENKINS C.T. 1968. Techniques for computing rate and volume of stream depletion by wells. Ground Water 6, no. 2: 37-46. - MCDONALD M.G., HARBAUGH A.W. 1988. A modular three-dimensional finite-difference groundwater flow model. U.S. Geological Survey Techniques of Water-Resources Investigations, book 6, chap. A1, 586 p. - WILSON J.L. 1993. Induced infiltration in aquifers with ambient flow. Water Resources Research 29, no. 10: 3503-3512.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
