Il complesso vulcanico del M. Amiata è uno dei più importanti serbatoi idrici naturali della Toscana; tali rocce sono altamente permeabili per fessurazione e contengono un acquifero freatico particolarmente suscettibile ad ingerire e diffondere inquinanti fluidi e idroveicolati, in un territorio dove l’attività umana realmente e potenzialmente inquinante grava sui settori per loro natura più vulnerabili. L’assetto geometrico e la distribuzione spaziale delle fratture determinano le caratteristiche idrauliche dell’acquifero e pongono problemi teorici ed applicativi connessi all’elevata velocità di flusso, all’anisotropia del mezzo, alle limitate possibilità di attenuazione del carico inquinante ed alle difficoltà di quantificazione dei parametri. Il rilievo amiatino è interessato da indagini finalizzate ad approfondire le problematiche connesse alla modellazione dei mezzi anisotropi fratturati, con particolare attenzione alla caratterizzazione del flusso idrico e quindi ai diversi approcci modellistici utili a descrivere, alla grande scala, le condizioni di flusso all’interno di una rete di fratture; vengono presentati i primi risultati ottenuti con l’utilizzo di un programma di simulazione agli elementi finiti e sulla base di una definizione dettagliata dello stato di fratturazione. L’approccio adottato può essere definito “continuo del mezzo poroso equivalente anisotropo”; l’anisotropia generata dai diversi sistemi di fratturazione è stata rappresentata mediante il tensore della conducibilità idraulica sulla base di una campagna di rilevamento finalizzata alla creazione di una banca dati sulle principali caratteristiche delle discontinuità presenti nel complesso vulcanico ed all’identificazione delle famiglie di fratture che presiedono alla circolazione idrica. La modellazione numerica del flusso è stata realizzata con il software FEFLOW, operando in condizioni stazionarie; è stata utilizzata una strategia a complessità crescente partendo dal calcolo del tensore per l’intero dominio, per poi passare ai tensori delle zone a fessurazione simile. La calibrazione del modello numerico è stata basata sulle serie temporali di portata sorgiva a causa dell’assoluta mancanza di misure piezometriche adeguatamente distribuite. I risultati della modellazione effettuata con un unico tensore di conducibilità evidenziano una significativa anisotropia del mezzo lungo l’allineamento NNE-SSO, coincidente con le principali zone di recapito delle acque sotterranee, con una buona convergenza tra flussi misurati e calcolati. La suddivisone del dominio in zone, ognuna con i relativi tensori, ha consentito di individuare una realistica distribuzione del campo di conducibilità idraulica e di ridurre gli scarti tra flussi misurati e calcolati; la maggiore complessità dell’approccio non é comunque sufficiente per tener conto dei fenomeni locali. Il programma di ricerca è finalizzato al conseguimento di simulazioni in transitorio capaci di riprodurre l’andamento delle portate delle sorgenti misurate per significativi periodi di tempo. La corretta rappresentazione del comportamento idrodinamico dell’acquifero costituisce infatti il fondamento necessario per gestire correttamente il suo sfruttamento, per ricavare valide simulazioni del trasporto di eventuali inquinanti ed, in particolare, per delimitare le aree di salvaguardia delle opere di captazione.

Modellazione di un acquifero a permeabilità fissurale: il complesso vulcanico del M. Amiata (Toscana meridionale)

NOCCHI, MONICA;
2012

Abstract

Il complesso vulcanico del M. Amiata è uno dei più importanti serbatoi idrici naturali della Toscana; tali rocce sono altamente permeabili per fessurazione e contengono un acquifero freatico particolarmente suscettibile ad ingerire e diffondere inquinanti fluidi e idroveicolati, in un territorio dove l’attività umana realmente e potenzialmente inquinante grava sui settori per loro natura più vulnerabili. L’assetto geometrico e la distribuzione spaziale delle fratture determinano le caratteristiche idrauliche dell’acquifero e pongono problemi teorici ed applicativi connessi all’elevata velocità di flusso, all’anisotropia del mezzo, alle limitate possibilità di attenuazione del carico inquinante ed alle difficoltà di quantificazione dei parametri. Il rilievo amiatino è interessato da indagini finalizzate ad approfondire le problematiche connesse alla modellazione dei mezzi anisotropi fratturati, con particolare attenzione alla caratterizzazione del flusso idrico e quindi ai diversi approcci modellistici utili a descrivere, alla grande scala, le condizioni di flusso all’interno di una rete di fratture; vengono presentati i primi risultati ottenuti con l’utilizzo di un programma di simulazione agli elementi finiti e sulla base di una definizione dettagliata dello stato di fratturazione. L’approccio adottato può essere definito “continuo del mezzo poroso equivalente anisotropo”; l’anisotropia generata dai diversi sistemi di fratturazione è stata rappresentata mediante il tensore della conducibilità idraulica sulla base di una campagna di rilevamento finalizzata alla creazione di una banca dati sulle principali caratteristiche delle discontinuità presenti nel complesso vulcanico ed all’identificazione delle famiglie di fratture che presiedono alla circolazione idrica. La modellazione numerica del flusso è stata realizzata con il software FEFLOW, operando in condizioni stazionarie; è stata utilizzata una strategia a complessità crescente partendo dal calcolo del tensore per l’intero dominio, per poi passare ai tensori delle zone a fessurazione simile. La calibrazione del modello numerico è stata basata sulle serie temporali di portata sorgiva a causa dell’assoluta mancanza di misure piezometriche adeguatamente distribuite. I risultati della modellazione effettuata con un unico tensore di conducibilità evidenziano una significativa anisotropia del mezzo lungo l’allineamento NNE-SSO, coincidente con le principali zone di recapito delle acque sotterranee, con una buona convergenza tra flussi misurati e calcolati. La suddivisone del dominio in zone, ognuna con i relativi tensori, ha consentito di individuare una realistica distribuzione del campo di conducibilità idraulica e di ridurre gli scarti tra flussi misurati e calcolati; la maggiore complessità dell’approccio non é comunque sufficiente per tener conto dei fenomeni locali. Il programma di ricerca è finalizzato al conseguimento di simulazioni in transitorio capaci di riprodurre l’andamento delle portate delle sorgenti misurate per significativi periodi di tempo. La corretta rappresentazione del comportamento idrodinamico dell’acquifero costituisce infatti il fondamento necessario per gestire correttamente il suo sfruttamento, per ricavare valide simulazioni del trasporto di eventuali inquinanti ed, in particolare, per delimitare le aree di salvaguardia delle opere di captazione.
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