A NUMERICAL GROUNDWATER FLOW MODEL OF CHIENTI RIVER VALLEY (CENTRAL ITALY): RESULTS AND BOUNDARY PROBLEMS — IJEGE
 
 
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A NUMERICAL GROUNDWATER FLOW MODEL OF CHIENTI RIVER VALLEY (CENTRAL ITALY): RESULTS AND BOUNDARY PROBLEMS

Extended Abstract:
Il basso bacino del fiume Chienti, situato nella regione Marche, dagli anni ’90 è stato interessato da una diffusa contaminazione da solventi clorurati usati dalle fabbriche di calzature presenti nell’area (Pacioni et alii, 2010), per questo motivo dal 1997 l’area è stata sottoposta al monitoraggio da parte della USL e dell’ARPAM, poi affiancate dall’Università di Roma La Sapienza (ARPAM, 2007). Nel 2001 il basso bacino del Chienti è stato inserito nei Siti di Interesse Nazionale, per poi essere declassato nel 2013 a Sito di Interesse Regionale. Tale bacino si instaura nel bacino periadriatico marchigiano, formato da argille, sabbie e conglomerati, che rappresenta il bedrock su cui si attesta la valle del Chienti, caratterizzata da quattro ordini di terrazzi dei quali i più antichi affiorano a monte mentre l’ultimo, insieme alle alluvioni attuali, affiora nella zona più prossima alla costa (Nanni e Vivalda, 1986). Proprio il IV ordine di terrazzi e le alluvioni attuali rappresentano l’acquifero di subalveo del basso bacino del Chienti, caratterizzato da ghiaie eterometriche in matrice limoso-sabbiosa con spessori variabili lungo la valle, spesso intercalate con limi sabbiosi e sabbie argillose e limi argillosi che, per la loro continuità verticale, rendono l’acquifero multifalda. Sulla base del modello concettuale della circolazione idrica sotterranea (Petitta et alii, 2013) è stato realizzato, attraverso l’uso di Feflow (DHI-WASY GmbH, 2010) un modello numerico di flusso avente un’area di 68 km2 e formato da un layer di copertura superficiale, due acquiferi e un interposto livello a bassa permeabilità. Per quanto riguarda le condizioni al contorno sono stati imposti limiti a flusso nullo a Nord e a Sud, constant head pari a 0 m s.l.m. lungo la linea di costa, portate in entrata pari a 0,05 m3/g a monte e una ricarica di 227 mm/a. Dopo la validazione del modello, al fine di caratterizzare in dettaglio l’andamento della falda nella parte più bassa del bacino del Chienti e di identificare i possibili percorsi dei contaminanti al suo interno, ne è stato costruito uno di maggior dettaglio, sia in regime stazionario che transitorio, in corrispondenza dell’area del campo pozzi di Civitanova Marche. Il nuovo modello ha un’area di 19,5 km2, compresa tra Montecorsaro e Civitanova Marche (in direzione W-E) e tra i terrazzi fluviali a Nord e il Chienti a Sud. Al fine di riprodurre un acquifero multifalda semiconfinato, il modello è stato diviso in 4 layers e 5 slices basandosi sulla ricostruzione stratigrafica. Le caratteristiche idrogeologiche sono state imposte ad ogni layer sulla base dei dati bibliografici e dei risultati di prove di pompaggio. Al primo acquifero è stata applicata una conducibilità idraulica orizzontale (kx) dell’ordine 10-3 m/s, mentre nel secondo kx varia da 1*10-3 a 5*10-4 m/s. La ricarica applicata, ricavata dalla precipitazione efficace ottenuta con il metodo di Thornthwaite (Thornthwaite, 1948), è di 95 mm/a, in accordo con i dati climatici. Per quanto riguarda le condizioni al contorno, sul primo slice è stata applicata la condizione di Cauchy lungo il Chienti per simulare l’interazione con la falda, mentre a monte e a valle è stata applicata la condizione di constant head. Le stesse constant heads sono state applicate su tutte le restanti slices, dove è stata applicata la condizione di Dirichlet anche lungo il fiume. Sul limite Nord è stato invece imposto un flusso nullo. Infine sono stati simulati i pompaggi dei pozzi dell’acquedotto e quelli vicino alle fabbriche presenti nell’area. Tale modello simula il reale andamento W-E della falda ottenendo un buon grado di correlazione dei livelli piezometrici con i valori simulati (RMS 0,76 nello stazionario; RMS 0,69-0,9 nel transitorio). Anche l’analisi di bilancio dimostra l’attendibilità del modello dal momento che i quantitativi di acqua in entrata e in uscita si equiparano. Da questa analisi si evidenzia inoltre l’importanza del ruolo delle condizioni di Dirichlet, mentre l’interazione falda/fiume appare limitata. Una situazione critica si osserva però nell’area SW, al contatto tra i limiti orientale e meridionale. Qui infatti si riscontra uno scambio inatteso e forse irrealistico delle acque sotterranee dovuto al contatto a 90° di diverse condizioni al contorno, combinato con un più alto gradiente idraulico e con una kx dell’ordine di 10-3 m/s. Per vedere poi quali siano i percorsi e i tempi di transito di una particella che si muova per advezione, è stata applicata la funzione particle tracking, da cui emerge che una particella immessa direttamente nell’acquifero profondo arriva più velocemente al campo pozzi rispetto a una immessa in quello superficiale. Da questi simulazioni emerge quindi che, sebbene il modello possa essere considerato un valido strumento per la pianificazione di interventi di bonifica, il suo potenziale utilizzo pratico richiede necessariamente la revisione dell’interazione falda/fiume e della geometria del dominio.


Abstract:
Since ’90s the lower valley of Chienti River has been interested by a diffused contamination by chlorinated solvents (mainly PCE) used by local shoes companies. In order to analyze the feasible paths and travel times of a pollulant in the aquifer and so the possible problems that these contaminants can cause to the well field of Civitanova Marche, a detailed groundwater flow numerical model related to the drinking well field area has been developed, in steady and transient conditions, using Feflow 6.0 from Wasy inc (finite elements code). The model has four layers and reproduces a multilayer semi-confined aquifer characterized by a shallow and a deep levels. In the first aquifer the hydraulic conductivity (k) is ranging from 1*10-3 m/s to 5*10-3 m/s (storativity 0,20); in the second aquifer k is ranging from 1*10-3 to 5*10-4 m/s (storativity 1,3*10-3); the intermediate local aquitard has k 10-5 m/s and storativity 10-2. The recharge applied in steady model is 95 mm/y according with climatic data. In the first slice, along the Chienti River, a Cauchy boundary condition has been inserted. Constant head conditions have been applied along western (22 m a.s.l) and eastern (0 m a.s.l.) limits of all slices and in correspondence with the river location, in the slices deeper than shallow one. Along the northern limit a no-flow boundary condition inhibits flow entering or exiting from the hydrogeological basin. The model simulates the real W-E trend of groundwater flow, obtaining a good correlation between simulated and measured piezometric values (RMS 0,76 in the steady state simulation; RMS 0,69-0,9 in the transient one). The whole flow budget shows a comparable rate between entering and exiting flow from the model, but a critical situation in the SW area, at the contact between western and southern boundaries, is observed. This contact, combined with a significant hydraulic gradient (8‰) and with a hydraulic conductivity of about 10-3 m/s, generates an unexpected and perhaps unrealistic interchange of groundwater in that area. Detailed analysis of this local situation reveals modeling inaccuracy where different boundary conditions were applied in a boundary area characterized by complex hydrogeological setting.

Authors:
Eleonora Frollini - Sapienza Università di Roma - Dipartimento di Scienze della Terra - P.le Aldo Moro 5 - 00185 Roma, Italy
Eva Pacioni - Sapienza Università di Roma - Dipartimento di Scienze della Terra - P.le Aldo Moro 5 - 00185 Roma, Italy
Marco Petitta - Sapienza Università di Roma - Dipartimento di Scienze della Terra - CERI Researc Center - P.le Aldo Moro 5 - 00185 Roma, Italy
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