THE GROUNDWATER FLOW VELOCITY DISTRIBUTION IN THE URBAN AREAS: A CASE STUDY — IJEGE
 
 
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THE GROUNDWATER FLOW VELOCITY DISTRIBUTION IN THE URBAN AREAS: A CASE STUDY

Extended Abstract:
Questo lavoro descrive i risultati dell’applicazione dei modelli di flusso allo studio del campo delle velocità delle acque sotterranee in un’area urbana, la cui falda è stressata dai prelievi, al fine di mettere in evidenza le relazioni fra la distribuzione della velocità di flusso e delle caratteristiche idro-chimiche. Tale rapporto è stato posto in evidenza da alcuni studi che hanno tracciato il quadro generale del fenomeno dal punto di vista idraulico (Anderson & Munter, 1981; Winter, 1999) e da alcuni lavori che hanno trattato aspetti idro-geochimici (Jiang et alii, 2011) esaminando ad esempio la relazione fra riduzione della velocità e aumento del ferro e manganese in falda in porzioni dell’acquifero in cui il rinnovamento delle acque sotterranee risultava molto limitato. Si ricorda infatti che Anderson & Munter (1981) e Winter (1999) hanno descritto ampiamente la presenza di aree a bassa velocità in cui il flusso naturale della falda è rallentato di parecchi ordini di grandezza: questi campi a ridotto flusso si vengono a creare solitamente in presenza di barriere idrauliche (Christ et alii, 2004; Colombo et alii, 2012; Shan, 1999; Javandel & Tsang, 1984) che funzionano con buone portate e le particelle di acqua o di inquinante che si vengono a trovare all’interno di queste zone possiedono velocità dell’ordine di poche decine di metri annui, permanendo e persistendo quindi all’interno della zona stagnante. Jiang et alii (2012) invece hanno utilizzato la conoscenza della localizzazione dei punti di stagnazione per datare le acque per scopi dell’Ingegneria petrolifera e della gestione degli inquinanti nelle acque sotterranee. Tali riscontri sono stati osservati soprattutto in porzioni profonde dell’acquifero, e nel presente lavoro si desidera evidenziare che un impoverimento delle proprietà chimiche delle acque si può registrare anche nelle parti più superficiali degli acquiferi e si è cercato quindi di individuarne le possibili cause mediante un’analisi del campo delle velocità delle acque sotterranee. A tal fine, si sono utilizzati i numerosi dati piezometrici, idro-chimici e di portata dei pozzi che sono stati raccolti negli anni dai tecnici comunali di Milano e dagli Enti preposti al controllo della qualità delle acque, e si è potuto concludere che esiste l’evidenza di un aumento del residuo salino e della conducibilità elettrica in ampie zone in cui il moto della falda è molto rallentato dalla particolare conformazione piezometrica che favorisce la creazione di zone di ristagno. Al fine di pervenire a tali conclusioni, si è provveduto ad analizzare il comportamento della falda in seguito al prelievo esercitato dai gruppi di pozzi (centrali di pompaggio) del Comune. L’ampia zona di cattura di questi gruppi di pozzi, che prelevano ciascuno diverse centinaia di litri/s, si estende su aree superiori al km2, e al loro interno la depressione piezometrica è di alcuni metri. Per tali motivi il prelievo delle centrali di pompaggio genera il richiamo di inquinanti dalla periferia della città verso il centro cittadino, e l’interferenza fra centrali di pompaggio vicine genera una piezometria molto complessa. Con l’aiuto di un modello matematico si sono stabilite sia la piezometria di dettaglio, appoggiandosi ai riscontri sul campo derivanti dalle rilevazioni compiute dal Comune in molti decenni di accurata attività operativa, sia il modulo e il verso del vettore velocità dell’acquifero superiore. In tal modo si è evidenziata l’esistenza delle aree di bassa velocità sulle quali la letteratura idrogeologica citata pone l’attenzione. Tali aree sono state distinte in base alla morfologia piezometrica e all’estensione. Alcune di esse si sono rivelate particolarmente ampie, come quella generata dalla centrale Padova, e tali da esercitare la propria influenza sulla propagazione degli inquinanti che affluiscono da nord. Gli inquinamenti vengono rallentati e contenuti tanto che, nella porzione meridionale della città, solo perifericamente al centro cittadino si riscontrano consistenti fuoriuscite di inquinanti verso valle. Contemporaneamente il ristagno delle acque ne impedisce il ricambio, e si sono segnalate le aree, situate soprattutto nel centro e nella porzione meridionale della città, in cui si verifica un aumento della concentrazione di alcuni inquinanti rivelata ad esempio dall’aumento del residuo e della conducibilità elettrica. L’interesse della rilevazione dettagliata delle velocità della falda è sottolineato anche dal fatto che, tramite questa analisi, si sono ricostruite le principali direzioni seguite dalle contaminazioni che affluiscono dalla periferia al centro cittadino.


Abstract:
This work involves the effects of the piezometric lowering due to the withdrawal of wells in urban areas, by examining in particular the case of Milan, whose drinking water wells are endowed with several hundred wells, pumping about 30 million cubic meters per year. An analysis performed by means of an hydrogeological model of the velocity field, showed that within the domain of the wide piezometric depression created by pumping wells, there are large areas of low flow velocity. These areas have been found both near the capture zone of the wells and where the capture zone of wells is very close, and it has been demonstrated that they have the effect of slowing the pollutants plume spreading downstream. A delimitation of the areas where the flow velocity drops below 50 m per year has been done. Moreover, a further study has dealt with the hydrochemistry of the city, demonstrating that the stagnation areas cause a renewal time increase, and they are often affected by a deterioration of the quality of water.

Authors:
Luca Alberti - Politecnico di Milano - D.I.C.A. - Piazza Leonardo da Vinci, 32 - 20133 Milano, Italy
Loris Colombo - Politecnico di Milano - D.I.C.A. - Piazza Leonardo da Vinci, 32 - 20133 Milano, Italy
Vincenzo Francani - Politecnico di Milano - D.I.C.A. - Piazza Leonardo da Vinci, 32 - 20133 Milano, Italy
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