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65
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
DOI: 10.4408/IJEGE.2013-01.O-05
A
ndreA
ROMANAZZI
(*)
& M
Aurizio
POLEMIO
(**)
(*)
Ph.D. Student - Università degli Studi di Bari “A. Moro” - Dipartimento di Scienze Agro-Ambientali e Territoriali - DISAAT - Bari, Italy
E-mail: romanazziandrea@gmail.com
(**)
Ricercatore CNR - IRPI - Bari, Italy
MODELLAZIONE DEGLI ACQUIFERI CARSICI COSTIERI
A SUPPORTO DELLA GESTIONE: IL CASO DEL SALENTO (PUGLIA)
MODELLING OF COASTAL KARST AQUIFERS
FOR MANAGEMENT SUPPORT: A CASE STUDY OF SALENTO (APULIA, ITALY)
RIASSUNTO
A scala globale si assiste a una sempre maggiore concentrazio-
ne della popolazione nelle aree costiere. Tale tendenza si associa
alla crescente domanda di acqua che viene prevalentemente soddi-
sfatta utilizzando le risorse idriche locali, soprattutto sotterranee. Il
fenomeno dell’intrusione marina diviene così sempre un più serio
problema per la maggior parte degli acquiferi costieri le cui risor-
se idriche sono soggette a non trascurabili rischi di degradazione
quali-quantitativa. Il problema è particolarmente rilevante nel caso
degli acquiferi carsici, come osservato in diversi paesi del Mediter-
raneo e in alcune regioni italiane (Friuli, Sardegna, Sicilia e Puglia).
Scopo della nota è descrivere la ricerca svolta per conseguire la con-
cettualizzazione e la modellazione numerica di un acquifero carsico
costiero significativo per la rilevanza delle acque sotterranee e per
l’intensità delle modificazioni dei prelievi, in assenza di una poli-
tica gestionale scientificamente basata. Selezionata l’area di studio
(Salento, Puglia), sono state caratterizzate le modificazioni occor-
se nell’arco di 80 anni, dagli inizi dello sfruttamento della falda.
Complesse acquisizioni e elaborazioni di dati climatici, idrologici,
geologici, idrogeologici e agrocolturali sono divenuti input per una
modellazione numerica del flusso idrico e del trasporto a densità
variabile, utilizzando i codici di calcolo MODFLOW e SEAWAT. In
particolare sono state definite le condizioni di flusso idrico sotterra-
neo in condizioni naturali, mediante una simulazione in condizioni
stazionarie. Tale simulazione ha permesso di definire l’entità delle
risorse e il campo della salinità ovvero la qualità delle acque sotter-
ranee allorquando i prelievi erano nulli o trascurabili (anni 30 del
XX secolo). La realizzazioni di simulazioni in transitorio si sono
concentrate nel ventennio 1980-1999, con il fine di quantificare gli
effetti dei crescenti prelievi per scopi potabili, industriali e soprat-
tutto irrigui. La validazione dei risultati è stata accurata grazie alla
disponibilità di dati storici piezometrici provenienti dalle banche
dati del CNR IRPI-BA. Il quadro complessivo dei risultati dimo-
stra che il livello di utilizzo delle acque sotterranee del Salento e
le modalità di prelievo non razionali richiedono un’inversione di
tendenza che si basi su criteri gestionali definiti a scala di acquifero,
verificati con un modello numerico, le cui potenzialità sono mostra-
te da questa esperienza scientifica.
SUMMARY
We are witnessing an increasing concentration of the human
population in coastal areas on a global scale. This trend is associ-
ated with a growing demand for water, which is satisfied mainly by
using local water resources and groundwater in particular. The phe-
nomenon of seawater intrusion is therefore becoming a more serious
problem for most coastal aquifers, whose water resources are obvi-
ously at risk of being subject to considerable degradation of quality
and quantity. The problem is particularly relevant to karst aquifers,
prevalent in the entire Mediterranean area and some Italian regions
(Friuli, Sardinia, Sicily and Apulia). The purpose of this paper is to
describe research that was performed to conceptualise and numeri-
cal model a coastal karst aquifer. This research is significant because
of the importance of groundwater resources and the high intensity
of changes made to well discharge in the absence of scientifically
based management when considering effects on quantity and qual-
ity. Salento (Apulia) was selected as a case study, and the changes
that occurred over 80 years, starting from the beginning of its ex-
ploitation, were characterised. Complex acquisitions, together with
climatic, hydrological, geological and agricultural data processing,
served as the inputs for a numerical model of variable-density flow
and transport created using MODFLOW and SEAWAT codes. In
particular, groundwater flow under natural conditions was defined
using a simulation in a steady-state condition. Through this simu-
lation, it was possible to define the natural resource quantities and
the salinity field, or the quality of groundwater that existed when
withdrawals were null or negligible (during the 1930s). The transient
simulations that we carried out were focused on the twenty years
between 1980 and 1999, with the goal of quantifying the effects of
the increased discharge used for drinking, industrial and especially
irrigation purposes. The validation of the results was accurate due
to the availability of high-quality historical piezometric data stem-
ming from the IRPI-BA databases. The overall results demonstrated
that the level of groundwater usage from Salento and the increasing
discharge trend, due mainly to the global effect of individual water
demand, will require a reversal of trends based on management crite-
ria, defined on an aquifer scale and verified with a numerical model,
whose potential can be shown by scientific expertise.
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MODELLAZIONE DEGLI ACQUIFERI CARSICI COSTIERI A SUPPORTO DELLA GESTIONE: IL CASO DEL SALENTO (PUGLIA)
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A. ROMANAZZI & M. POLEMIO
K
ey
words
: seawater intrusion, hydrogeological modelling, groundwater
management, coastal karst aquifer
INTRODUCTION
Karst aquifers, including coastal karst aquifers, are among
the main sources of high-quality water for humans. It is estimated
that 25% of the world’s population uses such resources for drink-
ing purposes, especially in Southeast Asia, the United States and
Mediterranean countries (V
An
B
eynen
et alii, 2012). Groundwater
resources are of strategic importance in Mediterranean countries,
to support not only the needs of increasingly large urban areas but
also agricultural and tourism activities. These needs are often in
conflict with the characteristics of these aquifers, which are highly
susceptible to overexploitation and natural and anthropic chang-
es (COST, 2003). Seawater intrusion can emphasise the risk for
groundwater quality degradation due karst aquifers’ vulnerability
to pollution, which is generally high (P
oleMio
et alii, 2010) and
favours salinisation. A reduction in the availability of freshwater
is the first effect of this phenomenon (a 3% solution of seawater
leads to a salinity increase of approximately 1.2 g/l, rendering the
water unfit for drinking according to Italian legislation and unus-
able for many crops). In fact, salinisation due to seawater intrusion
can change the chemistry of soils, reducing their fertility (d
Arwish
et alii, 2005), and, apart from its socioeconomic impact, can nega-
tively influence the environment by affecting coastal ecosystems
and local flora (P
oleMio
& l
iMoni
, 2004; s
AhA
et alii, 2011). In
the Mediterranean countries, problems related to seawater intru-
sion have occurred in the coastal karst aquifers of Spain, France,
Slovenia, Croatia, Greece, Turkey, and Italy (EEA, 1999; B
Ar
-
rocu
, 2003; cosT, 2005; d
AVrAz
et alii, 2009; c
usTodio
, 2010).
Coastal karst aquifers exist in different Italian region, Friuli, Sar-
dinia, Sicily, Lazio, Campania, and Apulia. Apulia, with its 800
km of coastline, has the most extensive coastal karst aquifers in
the country. The salinisation phenomenon is causing concern about
the near future, above all in relation to recent climate change that
has led to rainfall reduction and increases temperature that have
caused sea levels to rise, both of which have contributed to in-
creasing the effects of seawater intrusion in Southern Italy (P
o
-
leMio
& c
AsArAno
, 2008; l
AMBeck
et alii, 2011). Apulia’s karst
phenomena make this region extremely poor in surface water but
rich in groundwater resources, which have proved to be of strategic
importance for economic and social development because they can
meet the widespread demands of productive activities, which are
mainly in the fields of agriculture and tourism. The variations in
natural conditions that determine the recharge and boundary condi-
tions, along with the growing demand for water that has not been
properly managed, have greatly contributed to a worrying degrada-
tion in the quality and quantity of Apulian water resources, a trend
that continues today (P
oleMio
, 2000; P
oleMio
& l
iMoni
, 2001;
B
Arrocu
, 2003; M
Aggiore
& P
AgliArulo
, 2003; c
oTecchiA
et alii,
T
ermini
chiave
: intrusione marina, modellazione idrogeologica, gestione ac-
quifero, acquifero carsico costiero
INTRODUZIONE
Gli acquiferi carsici, includendo tra questi quelli costieri, sono tra le
principali fonti di risorse idriche di elevata qualità. Si stima che il 25%
della popolazione mondiale utilizzi tali risorse a scopi idropotabili, in
particolare nei paesi del sud-est asiatico, negli Stati Uniti e nei paesi del
bacino del Mediterraneo (V
An
B
eynen
et alii, 2012). Per quest’ultimi
le risorse idriche sotterranee hanno una grande rilevanza strategica per
supportare non solo le esigenze della sempre più vaste aree urbane, ma
anche le attività economiche agricole e turistiche. Queste esigenze spes-
so entrano in conflitto con le caratteristiche di tali acquiferi, altamente
suscettibili al sovrasfruttamento e ai cambiamenti naturali ed antropici
(COST, 2003). L’intrusione marina può enfatizzare i rischi di degrada-
zione qualitativa delle acque sotterranee dovuti alla vulnerabilità all’in-
quinamento degli acquiferi carsici, in genere elevati (P
oleMio
et alii,
2010), favorendo la salinizzazione. Primo effetto di tale fenomeno è la
riduzione della disponibilità di acqua dolce (una soluzione al 3% di ac-
qua marina comporta un incremento della salinità di circa 1,2 g/l, tale da
rendere l’acqua non potabile, con riferimento alla normativa italiana, e
inutilizzabile per numerose colture). In realtà la salinizzazione per intru-
sione marina può modificare la chimica dei suoli, riducendo la loro fer-
tilità (d
Arwish
et alii, 2005) nonché, oltre all’impatto socio-economico,
può incidere negativamente sull’ambiente, con effetti sugli ecosistemi
costieri e sulla flora locale (s
AhA
et alii, 2011). Per quanto riguarda i pa-
esi del bacino del Mediterraneo, problematiche connesse all’intrusione
marina si verificano per gli acquiferi carsici costieri di Spagna, Francia,
Slovenia, Croazia, Grecia, Turchia, nonché in Italia (EEA, 1999; B
Ar
-
rocu
, 2003; cosT, 2005; d
AVrAz
et alii, 2009; c
usTodio
, 2010). Per
quanto riguarda l’Italia, acquiferi costieri carsici sono presenti in Friuli,
Sardegna, Sicilia, Lazio, Campania e Puglia. In particolare, la Puglia,
con i suoi 800 km di costa, è la regione con i più vasti acquiferi carsici
costieri della nazione. Il fenomeno preoccupa per il prossimo futuro so-
prattutto alla luce dei recenti cambiamenti climatici che si estrinsecano
nella riduzione delle precipitazioni meteoriche e nell’incremento della
temperatura, oltre alla tendenza all’innalzamento del livello del mare,
fattori tutti questi che concorrono ad enfatizzare gli effetti dell’intru-
sione marina, come verificato nel caso dell’Italia meridionale (P
ole
-
Mio
& c
AsArAno
, 2008; l
AMBeck
et alii, 2011). In Puglia il carsismo
rende la regione estremamente povera di acque superficiali ma ricca
di risorse idriche sotterranee di importanza strategica per lo sviluppo
economico-sociale, essendo le uniche in grado di soddisfare la doman-
da diffusa delle attività produttive, in prevalenza agricole e turistiche.
Le variazioni delle condizioni naturali che determinano la ricarica e
delle condizioni al contorno nonché la crescente domanda idrica, non
adeguatamente gestita, hanno contribuito non poco a un preoccupante
degrado quali-quantitativo delle risorse idriche pugliesi, degrado il cui
trend negativo non sembra esaurirsi (P
oleMio
, 2000; P
oleMio
& l
iMoni
,
2001; B
Arrocu
, 2003; M
Aggiore
& P
AgliArulo
, 2003; c
oTecchiA
et
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MODELLING OF COASTAL KARST AQUIFERS FOR MANAGEMENT SUPPORT: A CASE STUDY OF SALENTO (APULIA, ITALY)
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
alii, 2005; P
oleMio
et alii, 2009; w
erner
et alii, 2012). Diviene così
estremamente importante la definizione di nuove strategie di gestione
delle risorse idriche sotterranee (c
oTecchiA
& P
oleMio
, 1998; P
ole
-
Mio
, 2000; P
oleMio
et alii, 2009a), strategie da validarsi con l’utilizzo
di codici di calcolo per la simulazione del fenomeno. Scopo di questo
studio è la concettualizzazione idrogeologica di una vasta porzione di
acquifero carsico costiero. Sulla base di tale concettualizzazione, è stata
perseguita l’implementazione di un modello numerico del flusso idrico
sotterraneo che tenga conto degli effetti della densità dovuti alla saliniz-
zazione. L’obiettivo posto alla modellazione è stato quello dell’accurata
caratterizzazione delle variazioni di quantità e qualità osservate in 80
anni, a partire dagli anni Trenta del secolo scorso, che diverrà la base per
la definizione di scenari predittivi che siano di supporto alla definizione
di criteri di gestione razionali e sostenibili a lungo termine.
INQUADRAMENTO IDROGEOLOGICO DELL’AREA
DI STUDIO
La Puglia può essere suddivisa in quattro strutture idrogeologi-
che: Tavoliere, Gargano, Murgia e Salento, le ultime tre di natura
carsica (Fig.1).
In particolare Murgia e Salento sono molto simili dal punto di vi-
sta geologico, costituite entrambe da rocce calcaree e dolomitiche del
Mesozoico, ma presentano un comportamento idrogeologico differente
a causa delle diverse litofacies, del grado di fratturazione e carsismo
e delle condizioni al contorno molto diverse (c
oTecchiA
et alii, 2005;
P
oleMio
et alii, 2009b). L’elemento morfostrutturale che segna il limite
2005; P
oleMio
et alii, 2009; w
erner
et alii, 2012). New manage-
ment strategies for groundwater resources are therefore extremely
important (c
oTecchiA
& P
oleMio
, 1998; P
oleMio
, 2000; P
oleMio
et alii, 2009a) and must be validated by the use of numerical mod-
els for the simulation of the relevant phenomena. This study was
based on the hydrogeological conceptualisation of a wide portion
of a coastal karst aquifer. On this basis, the implementation of a
numerical model of the groundwater flow was carried out that ac-
counted for the effects of density due to salinisation. The goal of
the modelling was to create an accurate characterisation of the vari-
ations in quantity and quality observed over a period of 80 years,
starting in the 1930s, and the result forms a basis for the definition
of predictive scenarios that can support the definition of rational
and sustainable long-term management criteria.
HYDROGEOLOGICAL CONTEXT OF THE STUDY
AREA
Apulia can be divided into four hydrogeological structures: Ta-
voliere, Gargano, Murgia and Salento. The last three are of karst
origin (Fig. 1).
Murgia and Salento are geologically very similar. Both are com-
posed of dolomite and calcareous rocks of the Mesozoic but have dif-
fering hydrogeological behaviour due to different lithofacies, degree
of fracturing and karst, and boundary conditions (c
oTecchiA
et alii,
2005; P
oleMio
et alii, 2009b). The morphostructural element marking
the boundary between Murgia and Salento is called “Soglia Messapi-
Fig. 1 - Schema geologico 1 Faglia, 2 Fronte degli Ap-
pennini, 3 Coperture clastiche recenti (Pliocene-
Pleistocene), 4 Rocce carbonati che bioclastiche
(paleogene) e calcareniti (Miocene), 5 Rocce
carbonati che (Giurassico Superiore - Cretaceo),
6 Piattaforma carbonatica (Giurassico Superiore -
Cretaceo). Linea rossa: area di studio
- Geological scheme. 1 Fault, 2 Front of the Ap-
ennines, 3 Recent clastic cover (Pliocene- Pleis-
tocene), 4 Bioclastic carbonate rocks (Paleogene)
and calcarenites (Miocene), 5 chert-carbonate
rocks (Upper Jurassic- Cretaceous), 6 carbonate
platform rocks (Upper Jurassic- Cretaceous). Red
Line: study area
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MODELLAZIONE DEGLI ACQUIFERI CARSICI COSTIERI A SUPPORTO DELLA GESTIONE: IL CASO DEL SALENTO (PUGLIA)
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A. ROMANAZZI & M. POLEMIO
Murgia-Salento è rappresentato dalla Soglia Messapica, una paleostrut-
tura sepolta che mette in contatto laterale masse rocciose differenti tra
loro per fratturazione e carsismo e lungo la quale la Penisola salentina è
in condizione di drenare le acque sotterranee della Murgia (c
oTecchiA
,
1979). Non esistendo un limite idrogeologico definito tra le due conti-
gue strutture idrogeologiche e soprattutto per delimitare un’area di studio
in cui si possano considerare nulli i travasi o perdite provenienti dalla
Murgia, è stata ricostruita la superficie piezometrica media dell’acquifero
profondo (includendo per intero Murgia e Salento) utilizzando dati pro-
venienti da serie storiche piezometriche che si estendono dagli anni trenta
agli anni settanta, raccolti nei data-base del CNR-IRPI e provenienti da
diverse fonti (P
oleMio
et alii, 2011). Sulla base dell’andamento delle iso-
piezometriche, è stato tracciato il limite a flusso nullo che si estende dalla
costa ionica a quella adriatica, delimitando così l’area di studio. L’area
individuata ha una estensione di 2328 km
2
e un perimetro costiero di 175
km con unamorfologia tabulare a Horst e Graben, costituita dai calcari
mesozoici e da coperture cenozoiche interposte tra questi rilievi (Fig. 2).
I calcari del Cretaceo superiore sono attribuiti ad una successio-
ne carbonatica di mare basso nota col nome di Calcare di Altamura,
costituita prevalentemente da calcari micritici bianchi a grana fine e
media, ben litificati e stratificati. Sono molto ricorrenti le strutture
biogeniche come le stromatoliti e bancate biostromali a rudiste. Si
alternano inoltre dolomie grigio-nerastre organizzate in strati e ban-
chi. L’ambiente di deposizione è riferibile ad una piattaforma interna.
Le unità paleogeniche affioranti nell’area di studio sono rappresen-
tate da successioni a prevalentemente composizione calcarenitica, di
ambiente di piattaforma. Queste successioni sono riconducibili a due
unità stratigrafiche, tra loro sovrapposte: Calcari di Castro (Eocene-
Oligocene) e Calcareniti di Porto Badisco (Oligocene). I Calcari di
Castro
sono rappresentati da calcari bioclastici talora porcellanacei e
subcristallini, di colore grigio chiaro, a frattura generalmente concoi-
de. Le Calcareniti di Porto Badisco sono rappresentate da un calcare
bioclastico, di norma poroso e tenero, a stratificazione poco evidente,
con abbondanti fossili, tra cui Melobesie e in minore misura Coral-
li (r
ossi
, 1969). Al tetto dei calcari preneogenici si rinvengono tra-
sgressivamente le calcareniti e le calcilutiti mioceniche, rappresentate
dalla Pietra Leccese e dalle Calcareniti di Andrano (c
iArAnfi
et alii
1988). La Pietra leccese è costituita da calcareniti fini e da calcilutiti,
con abbondanti microfaune plantoniche. La base è contrassegnata da
un conglomerato con ciottoli calcarei e da depositi continentali argil-
losi grigio-giallastri o nerastri con livelli di lignite. Le Calcareniti di
Andrano
sono costituite da calcari molto fossiliferi (Molluschi, Echi-
nidi e Coralli) con abbondante matrice e da calcareniti e calciruditi in
strati di 30 - 40 cm o in banchi di oltre 1m; il loro spessore raggiunge
diverse decine di metri (c
iArAnfi
et alii, 1988). La formazione plio-
pleistocenica è rappresentata dalle Calcareniti del Salento (Pleisto-
cene inferiore). Tale formazione è costituita da calcareniti grossolane
avana-giallastre più o meno friabili e porose classificabili come bio-
lititi, biospariti e biomicriti e da calcari detritico-organogeni compat-
ti. Talora a questi litotipi si alternano livelli di sabbie organogene.
ca”, a buried paleostructure that laterally connects rock masses that
differ due to fracturing and karst phenomena, and along which the
Salento peninsula drains the groundwater of the Murgia (c
oTecchiA
,
1979). Because there is no defined hydrogeological limit between the
two adjacent hydrogeological structures, and for the purpose of de-
limiting a study area in which the outflow and losses from the Murgia
could be considered null, the medium piezometric surface of the deep
aquifer was reconstructed (including the entire Murgia and Salento)
using the data stemming from piezometric historical series extending
from the 1930s to the 1970s and collected in the CNR-IRPI data-
base (P
oleMio
et alii, 2011). Following the pattern of the piezometric
contour lines, the null flow limit that extends from the Ionian to the
Adriatic coast was traced, delimiting the study area, which extends
Fig. 2 - Carta dei complessi idrogeologici: 1) Calcari (che includono i cal-
cari preneogenici del Calcare di Altamura, del Calcare di Castro
e della Calcarenite di Porto Badisco) 2) calcareniti e calcilutiti
(riferibili alla Pietra Leccese e alle Calcareniti di Andrano) 3)
calcareniti (riferibili alle Calcareniti del Salento o di Gravina) 4)
sabbie (riferibili ai Depositi marini terrazzati) 5) con il tratteggio
sono individuate le aree endoreiche
- Map of hydrogeological complexes: 1) Limestones (including
pre-neogene limestones of Altamura Limestone, Castro Lime-
stone and Porto Badisco Calcarenite) 2) calcarenites and calci-
lutites (referable to Lecce Stone and Andrano Calcarenites) 3 )
calcarenites (referable to Gravina Calcarenites or Salento Cal-
carenites) 4) sands (referable to marine terrace deposits) 5) the
dotted line identifies the endoreic areas
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Sulla base di una serie di considerazioni stratigrafiche e ambientali
si ritiene che la formazione delle Calcareniti del Salento possa es-
sere assimilata alle Calcareniti di Gravina (c
iArAnfi
et alii, 1988).
In continuità di sedimentazione sulle Calcareniti del Salento (o di
Gravina
) troviamo la formazione delle Argille sub-appennine (Plei-
stocene inferiore). Sono depositi costituiti da argille grigio-azzurre,
caratterizzate da intercalazioni di marne e/o sabbie calcaree, non
affioranti nell’area di studio. Infine l’area è caratterizzata dalla pre-
senza in affioramento dei depositi pleistocenici sabbioso-calcarenitici
costituiti da una successione di sedimenti marini detti Depositi ma-
rini terrazzati
(Pleistocene medio e superiore) (r
iccheTTi
, 1972) sui
quali si rinvengono, a luoghi, coperture recenti di origine eluviale e
colluviale. In tale contesto geologico, possono essere distinti cinque
complessi idrogeologici: calcari, calcareniti e calcilutiti, calcarenite,
argille e sabbie. I calcari includono le successioni calcaree pre-neo-
geniche, che fanno riferimento sostanzialmente a i Calcari di Alta-
mura
, i Calcari di Castro e le Calcareniti di Porto Badisco, che, rag-
gruppate nello stesso complesso idrogeologico, per la similarità delle
caratteristiche idrogeologiche, presentano alto grado di permeabilità
per carsismo e fratturazione. Tale complesso è la sede dell’acquifero
profondo e funge da basamento dell’intera regione fino a profondità
di migliaia di metri sotto il livello del mare (A
giP
, 1977). Il complesso
idrogeologico delle “calcareniti e calcilutiti”, sostanzialmente rocce
mioceniche della Pietra Leccese e delle Calcareniti di Andrano, con
spessori variabili tra i 50 e i 150 metri, è caratterizzato da un grado di
permeabilità medio-basso. Il complesso idrogeologico “calcarenite”
include i depositi plio-pleistocenici, rappresentati dalla Calcarenite
di Gravina
, che sono caratterizzati da un grado medio di permeabi-
lità e spessori variabili tra 50 e 100 metri. Le “argille”, riferibili alle
Argille Subappennine, possono essere classificate come praticamente
impermeabili (permeabilità molto bassa). Infine, il complesso idro-
geologico “Sabbie”, riferibile ai Depositi marini terrazzati, presenta
grado di permeabilità da medio-alto a medio e spessori modesti, fino
ad un massimo di 50 metri. Nel complesso idrogeologico dei calcari
la falda idrica sotterranea risulta in pressione laddove il complesso
delle calcareniti e calcilutiti si spinge al di sotto della quota mare, in
particolare nel settore orientale della penisola. Sempre nei calcari, a
luoghi il flusso idrico sotterraneo avviene in pressione nell’ambito
della stesso complesso, in relazione al diverso grado di fratturazione
e carsismo, ed è freatico nelle restanti parti, in particolare man mano
che ci si approssima alla costa (c
oTecchiA
& P
oleMio
, 1999; M
Ar
-
gioTTA
& n
egri
, 2005). Il gradiente piezometrico è in genere basso
(0,3-0,5% quale valore medio), le quote piezometriche sono in genere
basse con quote massime tra i 3-5 m s.l.m.Laddove non affiorano i
calcari, si distinguono alcuni acquiferi superficiali, spesso di modesta
estensione e in genere interconnessi con l’acquifero profondo (c
Alò
et alii, 1992; M
Aggiore
& P
AgliArulo
, 2003). Tali falde idriche sot-
terranee si rinvengono in relazione al complesso idrogeologico delle
sabbie, laddove hanno a letto il complesso delle argille, e secondaria-
mente delle calcareniti e calcilutiti.
for 2328 km
2
and has a coastline of 175 km. This area has, like the
entire Salento, a Horst and Graben tabular morphology, the reliefs of
which are constituted by Mesozoic limestones (Fig. 2).
The Upper Cretaceous limestones are attributed to a shallow-marine
carbonate succession known as Altamura Limestone, composed mainly
of average and fine-grained white micritic limestones that are well lithi-
fied and stratified. Biogenic structures such as stromatolites and rud-
ist biostrome banks occur frequently and alternate with blackish-grey
dolomites that are organised in layers and banks. The environment of
the deposition can be related to an inner platform. The Paleogene unit
outcroppings in the study area are represented by successions that have
a mainly calcarenite platform environment composition. These succes-
sions are related to two overlapping stratigraphic units: Castro Lime-
stone
(Eocene-Oligocene) and Porto Badisco Calcarenites (Oligocene).
Castro limestones are represented by bioclastic limestones that are light
grey with a generally conchoidal fracture. Porto Badisco calcarenites
are represented by a bioclastic limestone, usually porous and soft, with
minimally evident stratification and abundant fossils, including corals
to a lesser extent. Miocene transgressive calcarenites and calcilutites
are found at the top of the pre-Neogene limestones and are represented
by Pietra Leccese (Lecce Stone) and Andrano Calcarenites (c
iArAnfi
et alii, 1988). Pietra Leccese consists of fine-grained calcarenites and
calcilutites, with abundant planktonic microfaunas. The bottom is
marked by a conglomerate of calcareous pebbles and continental clay
deposits that are yellowish or blackish-grey in colour, with layers of
lignite. Andrano Calcarenites consist of very fossiliferous limestones
(molluscs, echinoids and corals) with abundant matrices and calcaren-
ites and calcirudite in layers of 30-40 cm or in banks of more than 1 m;
their thickness reaches several tens of meters (c
iArAnfi
et alii, 1988).
The Plio-Pleistocene formation is represented by Salento calcarenites
(Lower Pleistocene), more or less friable and porous, coarse, yellowish-
brown calcarenites, which are classified as biolitites, biosparites and
biomicrites and compact organogenic-detrital limestone. Sometimes,
these lithotypes alternate with levels of organogenic sands. Based on a
number of environmental and stratigraphic considerations, it is believed
that the formation of Salento Calcarenites may be assimilated to the
Gravina Calcarenites (c
iArAnfi
et alii, 1988). The formation of Sub-Ap-
ennine clays (Lower Pleistocene) is found in continuity with sedimen-
tation on Salento
(or Gravina) Calcarenites. These deposits are com-
posed of grey-blue clays, characterised by intercalations of marl and/or
calcareous sands, that are not found in outcroppings in the study area.
Finally, this area is characterised by outcroppings of Pleistocene sandy-
calcarenite deposits made up of a succession of marine sediments, called
terraced marine deposits (Middle and Upper Pleistocene) (r
iccheTTi
,
1972), on which recent covers of eluvial and colluvial origin can be
found in places. In this geological context, five hydrogeological com-
plexes can be distinguished: limestones, calcarenites and calcilutites,
calcarenite, clays and sands. The limestones include the pre-Neogene
limestone successions, which refer mainly to the Altamura Limestone,
Castro Limestone and Porto Badisco Calcarenites. These varieties are
background image
MODELLAZIONE DEGLI ACQUIFERI CARSICI COSTIERI A SUPPORTO DELLA GESTIONE: IL CASO DEL SALENTO (PUGLIA)
70
A. ROMANAZZI & M. POLEMIO
IL BILANCIO IDROLOGICO
Negli acquiferi carsici il bilancio idrologico è particolarmente
condizionato dal ruolo delle forme carsiche epigee e dalla presenza di
aree endoreiche, fattori che riducono non poco il deflusso superficiale
complessivo a favore dell’infiltrazione efficace e quindi della ricarica
delle falde idriche sotterranee. I fattori che concorrono a determinare
l’infiltrazione efficace e dunque la ricarica sono molteplici, tra i prin-
cipali troviamo: la distribuzione spaziale e temporale della piovosità,
la distribuzione delle temperatura atmosferica, le caratteristiche idro-
geologiche delle formazioni affioranti e l’acclività. Per conseguire
una stima accurata della ricarica, il territorio è stato discretizzato in
celle utilizzando un DEM ASTER con risoluzione di 25 metri, celle
per ciascuna delle quali sono stati sviluppati i calcoli idrologici nel
seguito descritti. Sono stati utilizzati dati mensili dal 1915 al 2000
relativi a 15 stazioni pluviometriche, di cui 9 termometriche, rica-
denti nell’area di studio o nell’immediato intorno (Fig. 3). Sulla base
delle conoscenze del trend climatico in Italia meridionale (P
oleMio
&
grouped in the same hydrogeological complex because of the similari-
ties in their hydrogeological characteristics, and they have a high degree
of permeability for karst and fracturing. This complex corresponds to
the deep aquifer and is the basement of the entire region, up to thou-
sands of meters below sea level (A
giP
, 1977). The hydrogeological com-
plex of “calcarenites and calcilutites”, which is substantially composed
of the Miocene rocks Pietra Leccese and Andrano Calcarenites, with
thicknesses varying between 50 and 150 meters, is characterised by a
medium-low permeability degree. The “calcarenite” hydrogeological
complex includes the Plio-Pleistocene deposits, represented by Gravina
Calcarenite
, which are characterised by an average permeability degree
and thicknesses varying from 50 to 100 m. The “clays” complex, rep-
resented by Sub-Apennine clays, can be classified as practically imper-
meable (very low permeability). Finally, the hydrogeological complex
of “sands”, represented by terraced marine deposits, has a permeability
degree ranging from medium to medium-high and modest thicknesses
of up to 50 m. The groundwater aquifer is under pressure in the lime-
stone hydrogeological complex, in the top of which there is a complex
of calcarenites and calcilutites, below or close to sea level, particularly
in the eastern part of the peninsula. The groundwater flow in the lime-
stones takes place under pressure within the same complex in some
places, in relation to the different degrees of fracturing and karst phe-
nomena, and is phreatic in the remaining parts, particularly approaching
the coast (c
oTecchiA
& P
oleMio
, 1999; M
ArgioTTA
& n
egri
, 2005). The
piezometric gradient is generally low (mean value of 0.3-0.5%), and the
piezometric heads are also low, with maximum altitude values lower
than 5 m a.s.l. Where limestones do not outcrop, some shallow aquifers
can be distinguished and are often limited in extension and generally
interconnected with the deep aquifer (c
Alò
et alii, 1992; M
Aggiore
&
P
AgliArulo
, 2003). These aquifers occur in the hydrogeological com-
plex of sands, mainly where the clays complex lies at its bottom, but also
occur in the calcarenites and calcilutites complex.
HYDROLOGICAL BALANCE
The hydrological balance in karst aquifers is particularly in-
fluenced by the role of epigean karst forms and the presence of
endorheic areas. These factors reduce total surface runoff and in-
crease effective infiltration and hence aquifer recharge. The factors
contributing to effective infiltration and recharge are manifold: the
spatial and temporal distribution of rainfall, the distribution of at-
mospheric temperature, the hydrogeological characteristics at the
ground surface, and acclivity are the main factors. To obtain an
accurate evaluation of recharge, the area was divided into cells
using an ASTER DEM with a resolution of 25 m. The hydrologi-
cal calculations described below were developed for each of these
cells. Monthly data from 1915 to 2000, relating to 15 rain gauges
(9 of which were thermometric), in the study area or its immedi-
ate surroundings were used (Fig. 3). Based on knowledge of cli-
mate trends in southern Italy (P
oleMio
& c
AsArAno
, 2008) and the
actual availability of time series free from gaps, the 1925-1975
Tab. 1 - Nome della stazione, numero identificativo, altitudine, media annuale
delle precipitazioni (P), e delle temperature (T) dal 1925 al 1975
- Gauge name, number, altitude and mean annual precipitation (P)
and temperature (T) from 1925 to 1975
background image
MODELLING OF COASTAL KARST AQUIFERS FOR MANAGEMENT SUPPORT: A CASE STUDY OF SALENTO (APULIA, ITALY)
71
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
c
AsArAno
, 2008) e dell’effettiva disponibilità di serie storiche scevre
da lacune, è stato selezionato il periodo 1925-1975 per determinare
valori medi mensili ed annui per caratterizzare i fattori idrologici da
applicare nelle simulazioni in condizioni stazionarie (Tab. 1).
Per il calcolo deivalori di piovosità e temperatura sono state
effettuate regressioni lineari multiple, in funzione della quota (q) e
della distanza dall’Adriatico (d), P=f(q,d) e T=f(q,d) con un valore
di R
2
rispettivamente pari a 0.94 e 0.93. Da tale analisi si è così de-
dotto che i valori delle piovosità media annua, pari a 730 mm quale
media spaziale nell’area, in buon accordo con altre fonti (COST,
2005). La piovosità aumenta nell’area procedendo da NW a SE,
mentre la temperatura varia da punto a punto da 16 a 17.5 °C. Il cal-
colo dell’evapotraspirazione reale con il metodo Turc con le tem-
perature modificate (T
urc
, 1974), già applicato in Puglia con ottimi
risultati nel caso dell’unità idrogeologica carbonatica del Gargano
(P
oleMio
et alii, 2000). Cella per cella, l’evapotraspirazione reale
media annua è risultata compresa tra 473 e 602 mm, con un valore
medio di 553 mm nell’area di studio, pari al 75% delle precipi-
tazioni. La piovosità efficace, pari alla differenza tra le piovosità
l’evapotraspirazione reale, è stata quindi calcolata cella per cella.
Per il calcolo dell’infiltrazione efficace, si è tenuto conto anche del-
period was selected to determine the monthly and annual average
values and characterise those hydrological factors to be applied in
the steady-state simulations (Tab. 1).
Multiple linear regressions were carried out for the values of rain-
fall and temperature as a function of altitude (q) and distance from
the Adriatic Sea (d), P = f (q, d) and T = f (q, d), with R
2
values equal
to 0.94 and 0.93, respectively. From this analysis, the average annual
rainfall value was equal to 730 mm as a space average in the area.
This value is in accordance with other sources, such as COST (2005),
which estimates that the average rainfall in the entire Salento is 700
mm, including portions of the territory north of the study area with
less rainfall. The rainfall increased in the area moving from NW to
SE, while the temperature varied from point to point, ranging from
16 to 17.5 °C. The real evapotranspiration calculation following the
Turc method with modified temperatures had already been applied in
Apulia, with excellent results for the carbonate rocks in the hydrogeo-
logical unit of Gargano (T
urc
, 1974; P
oleMio
et alii, 2000). Cell by
cell, the average annual real evapotranspiration ranged between 473
and 602 mm, with an average value of 553 mm in the study area, 75%
of which was rainfall. The effective rainfall, which is the difference
between the real or effective rainfall and the real evapotranspiration,
was then calculated cell by cell, and the presence of endorheic ba-
sins was taken into account when calculating the effective infiltration.
The study area is characterised by the presence of an extended surface
karst morphology that can create a direct link between rainwater and
the deep karst system. Endorheic areas were thus bounded in the GIS
environment, which analysed the altimetry, the geomorphological car-
tography (r
iccheTTi
, 1988) and all of the information derived from
the available geological and topographical cartography. An interval
of variability for the effective infiltration coefficient was assigned to
each hydrogeological complex based on the bibliographical knowl-
edge and the authors’ direct experiences (c
oTecchiA
et alii, 1990; P
o
-
leMio
et alii, 2000; c
iViTA
, 2005). For the endorheic areas, a unit value
of the effective infiltration coefficient was assigned regardless of the
hydrogeological complex. The variation between the minimum and
the maximum value of the effective infiltration coefficient for each
cell was determined using an inverse linear regression with the slope
based on the outcropping complex. The average value of the effective
infiltration coefficient in the study area was 0.6 (the resulting average
values for each complex were 0.9 for limestones, 0.6 for calcarenites
and calcilutites, 0.7 for Salento calcarenites and 0.4 for sands), in full
accordance with the results from COST (2005). The infiltration value
was determined in the GIS environment, multiplying the effective
rainfall by the value of the effective infiltration coefficient (Fig. 3).
Due to the lack of surface water resources and irrigation net-
works fed with external sources, only groundwater is used for
irrigation in this region. The exact quantity of groundwater dis-
charge for irrigation purposes is not directly known due to the high
number of unauthorised wells and because the authorised discharge
is not monitored. The irrigation discharge water has only been es-
Fig. 3 - Mappa dell’infiltrazione efficace (mm/a). Sono riportate le 15 sta-
zioni termopluviometriche (cfr. Tab.1)
- Map of the effective infiltration (mm/y). It shows the 15 thermo-
pluviometric stations (see Tab. 1)
background image
MODELLAZIONE DEGLI ACQUIFERI CARSICI COSTIERI A SUPPORTO DELLA GESTIONE: IL CASO DEL SALENTO (PUGLIA)
72
A. ROMANAZZI & M. POLEMIO
la presenza di bacini endoreici. L’area di studio è caratterizzata dal-
la presenza di una estesa morfologia carsica superficiale in grado
di creare un collegamento diretto tra acque meteoriche e il sistema
carsico profondo. Sono così stati perimetrate in ambiente GIS le
aree endoreiche analizzando l’altimetria, la cartografia geomorfo-
logica (r
iccheTTi
, 1988) e tutte le informazioni rinvenienti dalla
cartografia geologica e topografica disponibile. A ciascun comples-
so idrogeologico è stato assegnato un intervallo di variabilità del
coefficiente di infiltrazione efficace, sulla base delle conoscenze
bibliografiche e le esperienze dirette degli autori (c
oTecchiA
et alii,
1990; P
oleMio
et alii, 2000; c
iViTA
, 2005); per le aree endoreiche
è stato assegnato valore unitario del coefficiente di infiltrazione, a
prescindere dal complesso idrogeologico. Cella per cella, la varia-
zione tra minimo e massimo del valore del coefficiente di infiltra-
zione efficace è stata determinata in modo lineare inverso rispetto
alla pendenza della superficie topografica osservata nel medesimo
complesso. Il valore medio del coefficiente di infiltrazione efficace
nell’area di studio è pari a 0.6, (i valori medi per ciascun complesso
sono: 0.9 calcari, 0.6 per calcareniti e calcilutiti, 0.7 per calcareniti
del Salento, 0.4 per sabbie), in perfetto accordo con i risultati di
COST (2005). Il valore dell’infiltrazione è stato quindi calcolato
cella per cella moltiplicando la piovosità efficace per il valore del
coefficiente di infiltrazione efficace (Fig. 3).
Stante l’indisponibilità di risorse idriche superficiali e di reti irri-
gue alimentate da fonti esterne, l’irrigazione utilizza esclusivamente
acque sotterranee. Il prelievo di tali acque a scopi irrigui non è noto
in modo diretto sia perché vi sono numerosi pozzi abusivi sia perché
per quelli legali non esistono misure affidabili dei prelievi. Il prelievo
irriguo è quindi stato stimato ponendolo uguale alla domanda irrigua
nell’area di studio. In realtà, il ricorso limitato a pratiche irrigue ra-
zionali e moderne, in grado di applicare i volumi idrici strettamente
necessari, permette di ipotizzare che il criterio adottato approssimi
per difetto i prelievi effettivi. D’altra parte, la gran parte degli eccessi
irrigui sono destinati a re-infiltrarsi, riducendo così enormemente la
rilevanza dell’inaccuratezza della stima. In Puglia esiste una irriga-
zione pubblica gestita dai Consorzi di Bonifica, ed una privata gestita
direttamente dagli agricoltori, che da sola copre il 95% del fabbisogno
irriguo delle aree coltivate (INEA, 2001). L’area di studio rientra in
quella gestita da due Consorzi di bonifica (Arneo e Ugento li Foggi).
Per individuare i fabbisogni agricoli e le aree irrigate, rimuovendo
l’effetto di eventuali dichiarazioni mendaci che affligge i dati ISTAT
(trattasi di dati raccolti mediante questionari somministrati agli agri-
coltori), si è operato incrociando i dati INEA (2001) e ISTAT (2001),
riferiti al medesimo orizzonte temporale. Le diverse specie coltivate
sono state aggregate in 6 tipologie di coltivazioni: oliveti, vigneti,
fruttiferi, colture orticole ed erbacee (cereali e foraggiere). Gli elabo-
rati INEA (2001) sono stati determinati usando il telerilevamento da
satellite e la verifica al suolo con sopralluoghi: in tal modo sono state
individuate tutte le aree effettivamente irrigate, a prescindere dalle
dichiarazioni degli agricoltori all’ISTAT, potenzialmente influenzate
timated by assuming that it is equal to the irrigation demand in the
study area. In fact, because of the low use of modern and rational
irrigation practices that can irrigate with the minimum necessary
water volumes, it was possible to hypothesise that the criterion
used would underestimate the actual quantity of discharge. On the
other hand, most of the irrigation excesses re-infiltrate, greatly re-
ducing the importance of the inaccuracy of this assumption. Apulia
has a public irrigation system that is managed by land reclamation
syndicates and a private irrigation system directly that is managed
by farmers, which alone covers 95% of the irrigation needs of cul-
tivated areas (INEA, 2001). The study area is part of the region ad-
ministrated by two land reclamation syndicates (Arneo and Ugento
li Foggi). To identify the agricultural needs and irrigated lands, re-
moving the effect of any false statements affecting the ISTAT data
(as these data were collected through questionnaires administered
to the farmers), we combined the INEA data (2001) and ISTAT data
(2001) because they all referred to the same period. The cultivated
species were grouped into 6 types of plants: olive groves, vine-
yards, fruit trees, horticultural crops and herbaceous plants (grain
and forage). The INEA data (2001) were determined using satellite
remote sensing and then verified by the collection of ground truth
data. All of the heavily irrigated areas were identified in this way,
avoiding the effect of unauthorised wells on the ISTAT answers
Fig. 4 - Mappa della superficie irrigata totale in ciascun comune (ha)
- Map of the total irrigated surface in each municipality
background image
MODELLING OF COASTAL KARST AQUIFERS FOR MANAGEMENT SUPPORT: A CASE STUDY OF SALENTO (APULIA, ITALY)
73
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
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da numerosi fattori, tra i quali la diffusa presenza di pozzi abusivi.
Quindi è stato calcolato il coefficiente cultuale Cc quale rapporto tra
l’irrigato INEA e le superfici coltivate (quindi incluse quelle non irri-
gate) dell’ISTAT, operando per ciascun tipo di coltura. Moltiplicando
Cc per la superficie coltivata comunale, è stato determinata la super-
ficie irrigata comunale per ciascuna coltura (Fig. 4).
Per una corretta individuazione dei fabbisogni irrigui unitari il ter-
ritorio è stato suddiviso in zone climatiche omogenee. A tale scopo è
stata utilizzata la suddivisione ACLA2 (r
egione
P
ugliA
, 2005) che di-
vide l’area in due zone omogenee. Una prima zona, posta in prevalenza
a nord-ovest, comprende buona parte del versante jonico della penisola
salentina, coprendo circa il 54% dell’area di studio, mentre la restante
parte è posta grossomodo a sud-est della congiungente Gallipoli-Otran-
to. Per ciascuna zona è stato determinato il fabbisogno irriguo unitario
(m
3
/ha) per tipologia di coltura. Procedendo per aggregazione comu-
nale, totalizzando il prodotto tra il fabbisogno irriguo unitario e l’area
della superficie irrigata per ciascun tipologia di coltura, si è ottenuto il
fabbisogno irriguo annuale al 2000, pari a un totale di 58.477 milioni di
m
3
. Tale valore è stato assunto pari al prelievo irriguo nel 2000 (Fig. 5).
IMPLEMENTAZIONE DEL MODELLO NUMERICO
I modelli numerici idrogeologici sono oggi sempre più utilizzati
come supporto alla gestione delle risorse idriche e il loro utilizzo è
given by farmers. The cultural coefficient (Cc) was calculated as
the ratio of INEA irrigated lands to ISTAT cultivated lands (also
including non-irrigated lands) for each type of cultivation. The mu-
nicipal irrigated area for each cultivation type was determined by
multiplying Cc by the municipal cultivated surface (Fig. 4).
To assess the specific irrigation demand (annual water demand
per unit of surface), the area was divided into homogeneous climatic
zones. The ACLA2 subdivision was used for this purpose (A
PuliA
r
egion
, 2005), dividing the area into two homogeneous zones. The
first, mainly located in the north-west, included most of the Ionian
side of the Salento peninsula, covering approximately 54% of the
study area, while the second was roughly located south-east of the
line linking Gallipoli to Otranto. The specific irrigation demand (m
3
/
ha) was determined for each type of cultivation in each zone. The
product of the specific irrigation demand and the area of the irrigated
land for each type of cultivation in all of the municipalities was equal
to the annual irrigation demand and measured 58,477 million m
3
for
the year 2000. This value was assumed equal to the irrigation dis-
charge in 2000 (Fig. 5).
IMPLEMENTATION OF THE NUMERICAL MODEL
Numerical hydrogeological models are increasingly used to
support the management of water resources. Their use is encour-
aged by the Water Framework Directive of the European Commis-
sion (EU, 2000). The proposed modelling was based on the hypoth-
esis of the “equivalent porous medium”, which is considered to be
the most flexible approach for the representation of flow and trans-
port on a regional scale (s
chwArz
& s
MiTh
, 1988; l
AngeVin
, 2003a;
r
iVerA
, 2007) and is used in karst areas (A
ndresson
& w
oesser
,
1992; d
ufrence
& d
rAke
, 1999; A
BBo
et alii, 2003; s
cAnlon
et
alii, 2003), especially for resource management purposes (s
MiTh
& s
chwArz
, 1984; s
chwArz
& s
MiTh
, 19881988). SEAWAT (l
An
-
geVin
et alii, 2003b) is a numerical code meant to be integrated
with the MODFLOW code (M
c
d
onAld
& h
ArBAughT
, 1988), and
together, they permit the three-dimensional modelling of flow and
solute transport that considers density effects due to salinity. The
concept of “thrift” was applied when defining the model (V
oss
,
2012), meaning that mesh geometry was defined as simply as pos-
sible but, at the same time, was detailed enough for the purposes of
the model. The model used only square cells, typical for the pur-
poses of resource management, that measured 770 m on each side
and accounted for the need to ensure stability and convergence in
the numerical solution while also considering the size of the study
area, the boundary conditions and the characteristics of the hydro-
geological complexes (M
oreno
& s
PiTz
, 1996). The active domain
(active cells) covered an area of approximately 2,300 km
2
with
45,925 cells (Fig. 6). To define the surface morphology, a DEM
ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection
Radiometer) was used with a resolution of 25 meters (altitude from
0 to 214 m a.s.l. in the study area). Twelve layers were used verti-
Fig. 5 - Mappa dei prelievi irrigui annui suddivisa per Comuni
- Municipality map of annual irrigation discharge (assessed at 2000)
background image
MODELLAZIONE DEGLI ACQUIFERI CARSICI COSTIERI A SUPPORTO DELLA GESTIONE: IL CASO DEL SALENTO (PUGLIA)
74
A. ROMANAZZI & M. POLEMIO
incoraggiato anche dalla Direttiva Quadro sulle acque della Commis-
sione Europea (EU, 2000). La modellazione qui presentata si basa
sull’ipotesi del “poroso medio equivalente”, considerato il metodo
più flessibile per la rappresentazione del flusso e del trasporto in aree
a scala regionale (s
chwArz
& s
MiTh
, 1988; l
AngeVin
, 2003a; r
iVerA
,
2007), ed utilizzato anche in aree carsiche (A
ndresonn
& w
oesser
,
1992; d
ufrense
& d
rAke
, 1999; A
BBo
et alii, 2003; s
cAnlon
et alii,
2003), soprattutto per scopi di gestione della risorsa (s
MiTh
& s
ch
-
wArz
, 1984; s
chwArz
& s
MiTh
, 1988). Il codice di calcolo utilizzato è
SEAWAT (l
AngeVin
et alii, 2003b), scritto per integrarsi con il codice
MODFLOW (M
c
d
onAld
& h
ArBAughT
, 1988); insieme permettono
una modellazione tridimensionale del flusso e del trasporto di soluti
tenendo conto degli effetti di densità dovuti alla salinità. Nella de-
finizione del modello si è applicato il concetto della “parsimonia”
(V
oss
, 2012) ovvero si è fatto ricorso alla geometria della mesh più
semplice possibile che risulti però sufficientemente dettagliata per
rispondere e agli scopi del modello. Il modello utilizza esclusiva-
mente celle quadrate, scelta tipica per scopi di gestione della risorsa,
di 770 m di lato, dimensione che tiene conto della necessità di assi-
curare alla soluzione numerica stabilità e convergenza, nonché delle
dimensioni dell’area di studio, delle condizioni al contorno e delle
caratteristiche dei complessi idrogeologici (M
oreno
& s
PiTz
, 1996).
Il dominio attivo (active cells) copre una superficie pari a circa 2300
km
2
, per un totale di 45925 celle (Fig. 6). Per la definizione della
morfologia superficiale è stato utilizzato un DEM ASTER (Advanced
Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer), con una
risoluzione di 25 metri (altitudine da 0 a 214 m s.l.m. nell’area di
studio). Verticalmente, si è fatto ricorso a 12 layers in genere di 50
m di spessore, partendo da -350 m s.l.m. fino ad una quota massima
di 210 m s.l.m.(si consideri che secondo l’approccio tradizionale di
Ghyben-Herzberg, l’interfaccia netta nell’area di studio si dovrebbe
collocare a una profondità massima dal livello del mare pari a circa
140 m (h
erzBerg
, 1901; h
uBBerT
, 1940).
La discretizzazione della concettualizzazione idrogeologica fa ri-
corso ai 5 complessi idrogeologici precedentemente individuati (Fig.
7a-b). Ad ogni complesso idrogeologico è stato associato un valore di
conducibilità idraulica determinato considerando i valori desunti da-
gli autori, discutendo prove emungimento (disponibili per i calcari),
da relazioni idrogeologiche, redatte da professionisti nell’interesse di
privati o a corredo di strumenti di pianificazione, da dati di letteratura
(c
iViTA
, 2005). I valori così determinati sono stati soggetti alla cali-
brazione (Tab. 2), descritta nel seguito.
Per quanto riguarda le condizioni al contorno, l’area è stata deli-
mitata con celle a carico costante (Constant Head Boundary) lungo la
costa e a flusso nullo lungo il limite di separazione dalla restante parte
della Puglia. In tutte le restanti celle attive poste in affioramento è sta-
ta applicata la condizione Recharge, per simulare appunto la ricarica
precedentemente calcolata.
In corrispondenza della linea di costa, la zona attiva del modello
si chiude verticalmente, semplificando notevolmente la geometria del
cally, usually with a thickness of 50 m, starting from -350 m a.s.l.
and extending to 210 m a.s.l. (It should be noted that according to
the traditional Ghyben-Herzberg approach, the sharp interface in
the study area should be located at a maximum depth of approxi-
mately 140 m from sea level (h
erzBerg
, 1901; h
uBBerT
, 1940.)
Conceptual hydrogeological discretization refers to the five
complexes previously identified (Fig.7a-b). The hydraulic conduc-
tivity value was defined for each hydrogeological complex and was
determined by considering the values calculated discussing pump-
ing tests (available for limestones), hydrogeological reports written
by professionals in the interest of private citizens or annexed to
town planning documents, and data in the literature (c
iViTA
, 2005).
The values so determined were subject to calibration (Tab. 2).
In terms of boundary conditions, the area was delimited by con-
stant head cells (a constant head boundary) along the coast and no flow
cells along the boundary with the rest of Apulia. The recharge condition
was applied to all of the remaining outcropping active cells. Along the
coastline, the active zone of the model ended vertically, greatly simpli-
fying the geometry of the model itself when compared to the natural
geometry. Put simply, the geometry of the cells did not account for the
Fig. 6 - Mesh di discretizzazione 3D
- 3D Mesh discretization
Tab. 2 - Parametri dei complessi idrogeologici, definiti a seguito della cali-
brazione: conducibilità idraulica (Kx, Ky, Kz,), coefficienti di im-
magazzinamento (Ss, Sy) e porosità efficace (Por)
- Parameters of the hydrogeological complexes, defined with refer-
ence to calibration: hydraulic conductivity (Kx, Ky, Kz,), storage
coefficients (Ss, Sy) and effective porosity (Por)
background image
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
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fact that the aquifer top deepened seaward beyond the coastline and lay
below the low permeability deposits constituting the sea bottom. This
geometric simplification was compensated for in the hydrogeological
model by introducing, in correspondence with the coastal boundary
of the active zone, cells with the boundary general manager (GHB)
boundary condition. In applying this condition, bathymetric data up to
an altitude of 350 meters were processed, and the vertical distribution
of the hydrogeological complexes in the marine area was taken into
account. Regardless of the calculation procedures of the GHB input pa-
rameters, the presence of such cell types created convergence problems.
The simplest constant head (CHD) in the modelling practice is not used
for this type of boundary condition, namely, that of the coastal bound-
ary (s
cneider
& h
ruse
, 2005; w
Ang
et alii, 2008; l
in
et alii, 2009,
e
l
-B
iheri
, 2009; r
ozAll
& w
ong
, 2010). While this choice greatly
simplifies the numerical calculation procedures, these conditions differ
greatly from the natural conditions, inducing artificial water exchanges
in both the inflow and outflow that cannot necessarily be neglected. A
simple strategy was used to overcome these problems. The hydraulic
conductivity of the active cells, which were in contact with the coast
line or its vertical projection, was reduced by an order of magnitude
every 50 meters from the zero level up to -350 meters to consider the
effective resistance of the flow in the real portion of the aquifer that was
not geometrically represented by the model. The first simulation phase
consisted of defining the conditions of the flow and the salinity field in
steady-state conditions. Historical knowledge of the changes in the pi-
ezometric surface and the discharge levels during the previous century
modello rispetto alla realtà. In sostanza la geometria delle celle non
tiene conto che il tetto dell’acquifero si approfondisce oltre linea di
costa e che sul fondo del mare sono presenti depositi poco permeabili.
Tale semplificazione geometrica può essere compensata nel modello
idrogeologico introducendo, in corrispondenza del limite costiero della
zona attiva, celle con la condizione al contorno GHB (General Head
Boundary). Volendo applicare tale condizione, sono stati elaborati i dati
batimetrici fino a quota -350 m slm ed è stato considerato l’andamen-
to verticale in zona marina dei complessi idrogeologici. A prescindere
dalle modalità di calcolo dei parametri di input della GHB, la presenza
di tali tipi di celle per la simulazione del confine marino ha creato pro-
blemi di convergenza, tanto che nella pratica modellistica viene uti-
lizzato per tale tipologia di condizione al contorno, ovvero quella del
confine marino, la più semplice condizione CHD (condizione di Diri-
chlet) (s
cneider
& h
ruse
, 2005; w
Ang
et alii, 2008; l
in
et alii, 2009;
e
l
-B
ihery
, 2009; r
ozAll
& w
ong
, 2010). Tale scelta se semplifica di
molto le procedure di calcolo numerico, si discosta molto dalle condi-
zioni naturali, inducendo artificiosi scambi idrici in entrata e/o in uscita
non necessariamente trascurabili. Per ovviare a tali problemi, si è fatto
ricorso a un semplice artificio. Mantenendo per tali celle la condizione
di carico costante (condizione di Dirichlet), la conducibilità idraulica
delle celle attive poste a contatto con la linea di costa o con la relati-
va proiezione verticale, dalla quota zero alla quota -350 metri s.l.m. è
stata ridotta di un ordine di grandezza ogni 50 metri in modo da tener
conto dell’effettiva resistenza al flusso nella porzione di acquifero reale
non rappresentata geometricamente dal modello. La prima fase delle
Fig. 7 - Rappresentazione dei complessi idrogeologici implementati nel codice di calcolo. A) vista 3D e traccia della sezione A-A’; Complessi idrogeologici: 1)
Calcari (che includono i calcari preneogenici del Calcare di Altamura, del Calcare di Castro e della Calcarenite di Porto Badisco) 2) calcareniti e calcilutiti
(riferibili alla Pietra Leccese e alle Calcareniti di Andrano) 3) calcareniti (riferibili alle Calcareniti del Salento o di Gravina) 4) sabbie (riferibili ai Depositi
marini terrazzati) 5) Argille subappenniniche. b) Sezione A-A’
- Representation of the hydrogeological complexes implemented in the computer programme. A) 3D view and track of the A-A’ section; Map of hydrogeologi-
cal complexes: 1) Limestones (including pre-neogene limestones of Altamura Limestone, Castro Limestone and Porto Badisco Calcarenite) 2) calcarenites
and calcilutites (referable to Lecce Stone and Andrano Calcarenites) 3 ) calcarenites (referable to Gravina Calcarenites or Salento Calcarenites) 4) sands
(referable to marine terrace deposits) 5) Sub-Apennine clays b) Section A-A’
background image
MODELLAZIONE DEGLI ACQUIFERI CARSICI COSTIERI A SUPPORTO DELLA GESTIONE: IL CASO DEL SALENTO (PUGLIA)
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A. ROMANAZZI & M. POLEMIO
allowed for the assumption that the piezometric surface conveyed a
typical pattern of almost natural conditions from the 1930s because the
amount of withdrawal from wells was actually negligible in that decade
(P
oleMio
et alii, 2010; P
oleMio
et alii, 2011). The results obtained from
the steady-state simulations were used to evaluate the variations that
occurred in the transient conditions based on recent climatic changes
and the withdrawal quantities. In terms of the steady-state solution, the
results of the flow pattern obtained in MODFLOW were used as input
for the density-dependent model using the SEAWAT code (g
uo
& l
An
-
geVin
, 2002). Other conditions were added to the boundary conditions
for this purpose: they were of the initial concentration type everywhere,
except in cells in contact with the sea, where the constant concentration
was used. Salinity (total dissolved solid or TDS) was assumed to be
38.0 g/l in the Adriatic Sea and 39.5 g/l in the Ionian Sea (g
rAuel
&
n
ernAsconi
, 2010; J
AnekoVic
et alii, 2006). The model was then cali-
brated through the use of the Non-Linear Parameter Estimation (PEST)
code. Eleven wells were selected for the calibration (Tab. 3) and were
evenly distributed over the territory for which potentiometric measure-
ments were available (P
oleMio
et alii, 2011).
Figure 8 shows the correlation between the calculated and observed
heads. All points fell within a confidence interval of 95%. A correlation
coefficient equal to 0.903 a standard deviation equal to 0.33, a residual
absolute mean equal to 0.45 and a normalised RMS equal to 15.5 %
were taken as the control parameters for the calibration.
The results show the presence of an interface positioned at ap-
proximately 120 meters below sea level (Fig. 9a), in compliance with
the law of Ghyben-Herzberg, and sweater intrusion effects along the
coast with values lower than 20,000 mg/l within the first 700 meters
from the coast (Fig. 9b).
TRANSIENT SIMULATIONS
The transient simulations were defined to reproduce the effects
of the main changes occurring in recent decades in terms of climate
changes and the utilisation of groundwater resources as accurately
as possible. The changes over two different decades were deter-
mined, from 1980 to 1989 and from 1990 to 1999. A declining trend
in rainfall and a rising trend in temperature were observed, particu-
larly since 1980, and there were also changes in monthly rainfall
and temperature conditions that further contributed to worsening
the decrease in effective precipitation over all of southern Italy and
Apulia (P
oleMio
& c
AsArAno
, 2008). Using the results from P
oleMio
& c
AsArAno
(2008) and the relevant database of monthly rainfall
and temperature data, made available by CNR-IRPI, the effective
rainfall and recharge were calculated for each available rainfall and
temperature gauge (Tab. 1) in the two abovementioned decades. The
recharge was 63% of the mean annual recharge (in the period 1925-
1975) for the decade 1980-89, assumed to be steady-state for the
model, and 87% for the decade 1990-99. Regarding discharge, 72
drinking wells were implemented (Fig. 10) using the geometrical and
discharge data provided by AQP (Acquedotto Pugliese, the Apulian
simulazioni è consistita nella definizione delle condizioni di flusso e del
campo della salinità in condizioni stazionarie. Le conoscenze storiche
in merito alle modificazioni della superficie piezometrica e dei livelli
di prelievo nello scorso secolo hanno permesso di assumere la superfi-
cie piezometrica relativa agli anni trenta quale andamento tipico delle
condizioni pressoché naturali essendo in quel decennio praticamente
trascurabile l’entità dei prelievi da pozzi (P
oleMio
et alii, 2010; P
ole
-
Mio
et alii, 2011). I risultati conseguite con le simulazioni in condizioni
stazionarie servono per valutare le variazioni determinatesi in condi-
zioni transitorie in relazione alle recenti modificazioni climatiche e
all’entità dei prelievi. Tornando alla soluzione in stazionario, i risultati
del modello di flusso ottenuti in MODFLOW sono stati utilizzati come
input per il modello densità-dipendente, utilizzando il codice di calcolo
SEAWAT (g
uo
& l
AngeVin
, 2002). A tale scopo sono state aggiunte
ulteriori condizioni al contorno: ovunque del tipo Initial Concentration
salvo le celle poste a contatto con il mare, dove si è fatto ricorso alla
Constant Concentration. Per quanto riguarda la salinità (total dissolved
solid o TDS), per il mar Adriatico si è assunta pari a 38.0 g/l mentre per
lo Jonio 39.5 g/l (J
AnekoVic
et alii 2006; g
rAuel
& n
ernAsconi
, 2010).
Il modello è stato successivamente calibrato attraverso l’uso del codice
di calcolo PEST, “Non-Linear Parameter ESTimation”. Per la calibra-
zione sono stati selezionati 11 pozzi (Tab. 3), alquanto omogeneamente
distribuiti nel territorio, per cui sono disponibili misure potenziometri-
che (P
oleMio
et alii, 2011).
Il grafico in Figura 8 mostra la correlazione delle piezometrie cal-
colate con quelle osservate per tutti i pozzi di osservazione dell’area:
tutti ricadono nell’intervallo di confidenza del 95%. Per l’insieme dei
pozzi di calibrazione sono stati considerati come parametri di control-
lo il coefficiente di correlazione, risultato pari a 0.903, la deviazione
standard, pari al 0.33, la media assoluta dei residui pari a 0.45.
Fig. 8 - Diagramma di calibrazione del modello: altezza o carico potenzio-
metrico misurato a confronto con quello calcolato
- Calibration diagram of the model: height or potentiometric load
measured in comparison with the calculated one
background image
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water company). The evaluation of drinking water discharge was ap-
proximately 40.4 million m
3
for the decade 1980-89 and 98.1 million
m
3
for 1990-99, values that were consistent with those described in
the Plan of Water Protection (A
PuliA
r
egion
, 2009).
As for manufacturing consumption, the water supply from wells
was estimated at 14.2 million m
3
(A
PuliA
r
egion
, 2009) and was con-
sidered steady-state and evenly distributed over the two decades of
interest. The changes in irrigation discharge were estimated using the
ISTAT data related to the irrigated areas for the years 1971, 1982,
I risultati mostrano la presenza di una interfaccia posizionata a cir-
ca -120 metri dal livello mare (Fig. 9a), in accordo con la legge di Ghy-
ben-Herzberg, ed una intrusione lungo tutta la costa con valori comun-
que minori di 20.000 mg/l, entro i primi 700 metri dalla costa (Fig. 9b).
SIMULAZIONI IN TRANSITORIO
Le simulazioni in transitorio sono state definite per riprodurre
nel modo più accurato possibile gli effetti delle principali modi-
ficazioni occorse negli ultimi decenni, in termini di modificazioni
climatiche e di livelli di utilizzo delle risorse idriche sotterranee. A
questo scopo sono state determinate le modificazioni in due distinti
decenni: 1980-1989 e 1990-1999. Per quanto concerne le variazioni
climatiche e la relativa variazione di ricarica si è osservato un calo
tendenziale della piovosità e un trend crescente della temperatura,
in particolare a partire dal 1980 circa, oltre a modificazioni dei regi-
mi mensili termopliviometrici che hanno ulteriormente contribuito
ad aggravare il calo delle precipitazioni efficaci, sia a scala di Italia
meridionale che per l’intera Puglia (P
oleMio
& c
AsArAno
, 2008).
Valorizzando i risultati di P
oleMio
& c
AsArAno
(2008) e il rela-
tivo database di dati termopluviometrici mensili, reso disponibile
da CNR-IRPI, per ciascuna stazione termopluviometrica disponi-
bile (Tab. 1) sono state calcolate le precipitazioni efficaci nei due
suddetti decenni e da queste l’aliquota destinata a ricarica naturale.
Per il decennio 1980-89 la ricarica è risultata pari al 63% di quella
media (nel periodo 1925-1975), assunta per il modello stazionario,
mentre per il decennio 1990-99 è risultata pari all’87%. Per quanto
riguarda i prelievi, per quanto concerne il consumo potabile, sono
stati implementati 72 pozzi di captazione ad uso potabile (Fig. 10),
utilizzando i dati geometrici e di portata emunta forniti da AQP (Ac-
quedotto Pugliese). La stima dei prelievi potabili è pari a circa 40.4
milioni di m
3
per il primo decennio (1980-89) e 98.1 milioni di m
3
per il secondo, valori coerenti con quanto descritto dal Piano di Tu-
Tab. 3 - Localizzazione dei pozzi utilizzati per la calibrazione, valori piezo-
metrici osservati, calcolati e residui
- Location of wells used for calibration, observated, calculated and
residuals piezometric values
Fig. 9 - a) Andamento delle isosaline (mg/l) nel layer da -100 a -50 m s.l.m.
Con la linea nera è indicata la sezione A-A; b) sezione A-A’
- a) Distribution of the isohaline lines in the layer from -100 to -50 m
s.l.m. The black line indicates the A-A section; b) section A-A’
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A. ROMANAZZI & M. POLEMIO
1990 and 2000. In short, the ISTAT data were used to evaluate, going
backwards, the percentage decrease in the irrigated areas and irriga-
tion discharge for the two reference decades based on the discharge
used for irrigation purposes in the year 2000. These values were then
applied to the two simulated transient scenarios. The model with the
new conditions were run transiently for a period of 10 years with an-
nual steps. The data so derived from the model for the period 1989-99
were compared with the experimental salinity data for 10 wells in the
study area over the same period (Tab. 4) and used a depth between
0 and -60 m a.s.l., or the area affected by fresh water, as a reference
depth to validate the modelling through a “predict existing condi-
tions” approach (ASTM, 1993; s
PiTz
& M
oreno
, 1996).
The experimental data were therefore successfully compared
with those obtained from the model regularly for the last year of the
decade in question (Fig. 11).
To describe the piezometric and salinity variations observed in
the transient models and compared to the steady-state model, the
most representative layer located between -50 and -100 m a.s.l. and
generally affected by the presence of fresh groundwater, but closer
tela delle Acque (r
egione
P
ugliA
, 2009).
Per quanto concerne il consumo manifatturiero, l’approvvigio-
namento da pozzi è stimabile in circa 14.2 milioni di m
3
(r
egione
P
ugliA
, 2009); tale prelievo è stato considerato uniformemente di-
stribuito e stazionario nei due decenni. Le modificazioni dei prelievi
irrigui sono state stimate utilizzando i dati relativi alle aree irrigate
dell’ISTAT, relativi agli anni 1971, 1982, 1990 e 2000. In sostanza,
stimata l’entità dei prelievi per scopi irrigui al 2000, i dati ISTAT
sono stati utilizzati per stimare a ritroso la riduzione percentuale,
nei due decenni di riferimento, delle aree irrigate e quindi dei pre-
lievi irrigui, valori questi infine applicati nei due scenari di simula-
zione in transitorio. Il modello è stato fatto girare in transitorio per
un periodo pari a 10 anni, ovvero per le decadi 1980-89 e 1990-99.
Per quanto riguarda le condizioni iniziali e al contorno, per la prima
decade sono stati utilizzati i valori del carico e della concentrazione
salina ottenuti dello stazionario per il periodo 1990-99 sono stati
utilizzati come input i risultati del precedente transitorio. Per quanto
riguarda invece gli input di ricarica e prelievo irriguo è stato im-
plementato nel modello un valore medio della decade esaminata.
In particolare i dati desunti dal modello nel periodo 1989-99 sono
stati utilizzati per la validazione del modello. L’output è stato infatti
confrontato con i dati sperimentali di salinità dello stesso periodo
di 10 pozzi presenti sull’area di studio (Tab. 4), riferiti ad una pro-
fondità tra 0 e -60 m s.l.m., ovvero la fascia interessata dall’acqua
dolce, al fine di validare la modellazione attraverso un approccio
predict existing conditions” (s
PiTz
& M
oreno
, 1996). I valori di
concentrazione salina osservati sperimentalmente e riportati in Ta-
bella IV sono riferiti ad una media delle letture dei log sperimentali
nell’intervallo di profondità esaminato (0/-60 m s.l.m.).
I dati sperimentali così ottenuti sono stati confrontati punto per pun-
to con quelli calcolati per l’ultimo anno della decade in esame (Fig. 11).
Per descrivere le variazioni piezometriche e di salinità osservate nei
transitori rispetto allo stazionario, si è scelto qui di considerare, per bre-
vità, lo strato più rappresentativo, quello posto tra -50 e -100 m s.l.m.,
interessato in genere dalla presenza di acque sotterranee dolci ma più
Fig. 10 - Distribuzione dei pozzi idropotabili e dei pozzi di osservazione
nell’area di studio
- Distribution of drinkable water wells and observation wells in the
study area
Tab. 4 - Localizzazione dei pozzi utilizzati per la validazione
- Location of validation wells
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to the transition zone, was selected for the sake of brevity. There
was also a shallow aquifer of modest size in this level in the form of
terraced marine deposits, but that was of no consequence to the deep
aquifer under study. A drawdown ranging from 0.1 to 2.5 meters in
the innermost parts was estimated by comparing the scenarios for
the 1930s and 1990s (Fig. 12).
A second processing was carried out to evaluate changes in saline
concentration. Choosing a depth between -50 and -100 meters, the
data obtained from the steady simulation were compared with those
of the two transient simulations for 1980-89 and 1990-99 (Fig. 13).
prossimo alla zona di transizione (P
oleMio
& r
oMAnAzzi
, 2013). In tale
livello è presente anche un acquifero superficiale di modeste dimen-
sioni che risiede nella formazione dei depositi terrazzati ma che risulta
ininfluente nello studio dell’acquifero profondo. Dal confronto tra lo
scenario anni ’30 e anni novanta si è stimato un abbassamento piezo-
metrico variabile da 0.1 a i 2.5 metri, nelle aree più interne (Fig. 12).
E’ stata eseguita una seconda elaborazione per valutare le variazioni
della concentrazione salina. Scelta una profondità tra i -50 e i -100 metri,
si sono così confrontati i dati ottenuti dalla simulazione in stazionario
con quelli provenienti dai due transitori 1980-89 e 1990-99 (Fig. 13).
Fig. 11 - Confronto tra i dati di salinità osservati sperimentalmente e i valori calcolati dal modello
- Comparison between the experimentally observed salinity data and values calculated from the model
Fig. 12 - Carta piezometrica relativa allo strato posto da -50 a -100 m s.l.m. a) Stazionario; b) Scenario 1980-89, risultati relativi all’ultimo anno; c) Scenario
1990-99, risultati relativi all’ultimo anno
- Piezometric map relating to the layer located from -50 to -100 m a.s.l. a) Stationary b) Scenario for the period 1980-89, results for the latest year, c)
Scenario the period 1990-99, results for the latest year
background image
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A. ROMANAZZI & M. POLEMIO
An important increase in salinity was estimated, with values
higher than 1000 mg/l, that was located not only in coastal areas and
close to main well fields but also up to 6 km from the coast, especially
along the Adriatic coast.
CONCLUSIONS
The purpose of the note here described is to illustrate the reali-
zation of a three-dimensional numerical model of groundwater flow
density driven, of a large coastal karst aquifer, in this case, includ-
ing a part of the Salento Peninsula. The note shows how, starting
from a accurate hydrogeological conceptualization, and analyzing a
complex set of data, it is possible to simulate the main changes that
occurred in the area since the thirties of the twentieth century. For
this purpose, the water balance was assessed and the hydrogeologi-
cal parameters were determined, among which hydraulic conductiv-
ity is the main one. In order to validate the model and, at the same
time, to assess quantitative and qualitative variation of groundwater
resources, two transient scenarios were implemented for the dec-
ades 1980-89 and 1990-99. For this reason, the annual values of
discherge of various types were determined, among which irrigation
prevails, and it was calculated on a municipal scale as a function of
the type of cultivation, and of the vegetation needs. Year by year, the
potentiometric field was thus obtained, (which considers the effect
of salinity and of piezometric head), so as to achieve the accurate
knowledge of the variations in time of the three-dimensional distri-
bution of salinity. The implementation and validation of the model
improve the knowledge of the phenomenon of seawater intrusion
in the Salento and it could be useful to assess the groundwater dis-
Si è valutato un importante incremento della salinità, con valori
anche maggiori di 1000 mg/l, non solo localizzato nelle fasce costiere
e nelle aree dei campi pozzi, ma anche fino a 6 km dalla costa, soprat-
tutto sul versante Adriatico.
CONCLUSIONI
Scopo della nota qui descritta è stato quello di illustrare le fasi della
realizzazione di un modello numerico tridimensionale del flusso idri-
co sotterraneo, che considera l’effetto della densità idrica, in un vasto
acquifero carsico costiero, nel caso di studio costituito da parte della
Penisola Salentina. La nota mostra come, a partire da una attenta con-
cettualizzazione idrogeologica, analizzando un complesso insieme di
dati, sia stata possibile la riproduzione delle principali modificazioni
occorse negli ultimi decenni a partire dagli anni Trenta del XX secolo.
A tale fine, è stato realizzato il bilancio idrologico nonché sono stati de-
terminati i parametri idrogeologici di input del sistema acquifero, di cui
la conducibilità idraulica è il principale. Successivamente, per validare
il modello e al contempo valutare la variazione quali-quantitativa delle
risorse idriche sotterranee sono stati implementati due scenari in tran-
sitorio per i decenni, 1980-89 e 1990-99. A tale scopo sono stati deter-
minati i valori annui dei prelievi di vario tipo, tra i quali prevale quello
irriguo, che è stato calcolato a scala comunale in funzione dell’esten-
sione coltivata e del tipo di coltura. Si è così ottenuto, anno per anno,
il campo potenziometrico (che considera l’effetto della salinità e delle
altezze piezometriche), in modo da conseguire la conoscenza accura-
ta nel tempo delle variazioni della distribuzione tridimensionale della
salinità. L’implementazione e la validazione del modello descritto, ol-
tre che migliorare la conoscenza del fenomeno dell’intrusione marina
Fig. 13 - Carta delle isosaline (mg/l) relativa allo strato posto da -50 a -100 m s.l.m. a) Stazionario; b) Scenario 1980-89, risultati relativi all’ultimo anno; c) Scenario
1990-99, risultati relativi all’ultimo anno
- Map of the isohaline (mg/l) related to the layer located from -50 to -100 m a.s.l. a) Stationary b) Scenario of the period 1980-89, results for the latest year,
c) Scenario of the period 1990-99, results for the latest year
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charge to the sea, to estimate the age of groundwater and the time
elapsing between infiltration and outflow. Further research activities
for the implementation of medium and long-term scenarios with the
purpose to test different management approaches in order to evalu-
ate on a large-scale the interrelation between groundwater bodies,
anthropogenic variations, and climate changes.
ACKNOWLEDGEMENTS
This paper was developed during a research activity conduct in-
ner Ph.D. School of “Plant Science and Technology for the Environ-
ment “, of the University of Bari” A. Moro and carried out among
Department DISAAT - Department of Agro-Environmental and Terri-
torial Sciences, and the CNR – IRPI (Bari). Thanks to prof. F. Gentile,
Prof. G. Trisorio Liuzzi, Dr. F. Milillo.
nell’area di studio, permettono di caratterizzare in termini quantitativi
gli scambi tra falda profonda e il mare, di stimare l’età delle acque
sotterranee e il tempo intercorrente tra infiltrazione e efflusso. Future
ricerche prevedono inoltre l’implementazione di scenari previsionali a
medio e lungo termine con finalità gestionali dell’acquifero per valuta-
re a vasta scala l’interrelazione tra corpi idrici sotterranei, le variazioni
antropiche e i cambiamenti climatici.
RINGRAZIAMENTI
Questo articolo scientifico è stato sviluppato all’interno di un per-
corso di Dottorato in “Scienze della Pianta e Tecnologie per l’Am-
biente”, svolto presso il Dipartimento DISAAT - Dipartimento di
Scienze Agro-Ambientali e Territoriali dell’Università degli Studi di
Bari “A. Moro” e il CNR - IRPI, sede di Bari. Si ringrazia il Co-
ordinatore della Scuola di Dottorato, prof. F. Gentile, la prof.ssa G.
Trisorio Liuzzi, il dott. F. Milillo.
OPERE CITATE
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