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ijege-12_01-ducci-et-alii.pdf

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41
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2012)
© Casa Editrice Università La Sapienza
www.ijege.uniroma1.it
DOI: 10.4408/IJEGE.2012-01.O-03
D
aniela
DUCCI
(*)
, S
ilvia
DE SIMONE
(**)
& M
ariangela
SELLERINO
(**)
(*)
Università degli Studi di Napoli “Federico II” - Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Geotecnica ed Ambientale
Piazzale Tecchio, 80 - 80125 Napoli, Italy - Email: daniela@unina.it
(**)
Ingegnere, collaboratore esterno
MODELLO LITOSTRATIGRAFICO 3D PROPEDEUTICO ALLO SVILUPPO DI UN MODELLO
DI FLUSSO SOTTERRANEO: CASO DI STUDIO, LA PIANA DEL SARNO (ITALIA)
3D LITHOSTRATIGRAPHIC MODEL AS SUPPORT FOR DEVELOPMENT OF A GROUNDWATER
FLOW MODEL: THE SARNO PLAIN (ITALY) CASE STUDY
RIASSUNTO
Lo scopo di questo lavoro è individuare una metodologia informa-
tizzata per la costruzione di un modello litostratigrafico tridimensiona-
le di un acquifero propedeutico alla definizione di un modello di flusso
in un settore dello stesso ai fini della definizione di alcune componenti
del bilancio idrico. La metodologia è stata applicata in due aree della
Piana del Sarno (Italia) interessate da forti travasi sotterranei.
La ricostruzione litostratigrafica delle aree di studio è stata effet-
tuata interpolando i dati stratigrafici ottenuti dalla analisi e elabora-
zione dei sondaggi. Il software utilizzato per la costruzione del mo-
dello litostratigrafico è r
ockworkS
2006, che permette la costruzione
di modelli 3D (attraverso rappresentazioni di tipo voxel o superfici
3D) e sue rappresentazioni tridimensionali o bidimensionali.
A partire dal modello litostratigrafico, è stato realizzato un modello
numerico di flusso al fine di simulare il flusso tra corpi idrici sotterranei.
A tal scopo, il software utilizzato è g
rounDwater
v
iStaS
5, che for-
nisce un’interfaccia grafica per il codice di calcolo alle differenze finite
MODFLOW, necessario per lo studio del moto delle acque sotterranee.
La metodologia illustrata, ha permesso di quantizzare il flusso
sotterraneo verso la Piana del Sarno, proveniente dai rilievi carbona-
tici dei M.ti Lattari e dall’acquifero vulcanico del Somma-Vesuvio.
T
ermini
chiave
: modelli 3D, modelli di flusso sotterraneo, travasi di acque
sotterranee, Piana del Sarno, Campania.
INTRODUZIONE
Lo scopo di questo lavoro è l’elaborazione, a partire dalle cono-
scenze sulla geologia e stratigrafia dell’area, di un modello litostrati-
grafico tridimensionale della piana alluvionale del Sarno (Fig. 1). Il
modello 3D è stato quindi utilizzato per la ricostruzione della geome-
tria dell’area di studio e del possibile campo dei parametri idrodina-
mici, per la definizione di un modello di flusso sotterraneo e l’identifi-
cazione di alcune componenti del bilancio idrico (richiesto dal DLgs.
152/2006, titolo I art. 145).
In particolare si è posto l’accento sulla valutazione dei travasi la-
terali provenienti dai corpi idrici sotterranei adiacenti del Somma-Ve-
suvio e dei Monti Lattari. Pertanto la metodologia è stata applicata in
due settori della Piana posti alla base dei suddetti corpi idrici (Fig. 2).
ABSTRACT
The aim of this paper is to identify a computer based methodol-
ogy in order to draw up a lithostratigraphic 3D model of an aquifer so
as to develop a groundwater flow model in a part of it, useful to define
some parameters involved in the evaluation of the water balance. The
methodology was applied in two sample areas located in the Sarno
Plain (Italy) affected by strong groundwater subflow.
The stratigraphical reconstruction of the study areas was obtained
by interpolating stratigraphical data from analyzed and codified bore-
holes. The software used for the lithostratigraphic model creation is
r
ockworkS
2006, which allows the construction of a 3D model (us-
ing grid-models or voxel matrix models) and its three-dimensional or
bi-dimensional representation.
Starting from the obtained lithostratigraphic model, a numeric mod-
el was implemented to simulate the flow in the groundwater bodies.
The software used to reach this aim is g
rounDwater
v
iStaS
5,
which supplies a graphic interface for MODFLOW, a finite-differ-
ence model useful to study the groundwater flow.
The methodology used has allowed to value the entity of the ground-
water subflow coming from carbonate structure of the Lattari Mts. and
from the volcanic aquifer of Somma-Vesuvious towards the Sarno Plain.
KeY WOrDS: 3D models, groundwater models, groundwater subflow, Sarno
Plain, Campania.
INTRODUCTION
The aim of this paper is the construction of a litostratigraphic 3D
model of the alluvial plain of the Sarno river, starting from the strati-
graphical and geological knowledge about the area, (Fig. 1). Therefore,
the 3D model has been used to reconstruct the geometry of the study
area and to determine the hydrodynamic parameters with the aim to
define a groundwater flow model and to identify some factors of the
water balance (requested by DLgs. 152/2006, title I art. 145).
Peculiarly, the evaluation of the subflow between groundwa-
ter bodies of Somma-Vesuvious and the Lattari Mts. and the Sarno
Plain was emphasized. The methodology was applied in two sample
areas located in the lower part of the aforesaid groundwater bodies,
in the Sarno Plain (Fig. 2).
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MODELLO LITOSTRATIGRAFICO 3D PROPEDEUTICO ALLO SVILUPPO DI UN MODELLO DI FLUSSO SOTTERRANEO:
CASO DI STUDIO, LA PIANA DEL SARNO (ITALIA)
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D. D
ucci
, S. D
e
S
imone
& m. S
ellerino
BACKGROUND
In recent years, the applications for specific high resolution meth-
ods for the study of subsurface and the aquifers have experienced
significant developments related to the need to define geo-lithological
models of the territory, to identify pollutant bodies and parameters of
subsidence, to monitor the status and the health of the groundwater,
and to support various activities aimed at environmental regeneration
(S
ugan
et alii, 2003).
In the past, the data concerning the subsurface were repre-
sented only on printed maps or through sections (g
allerini
& D
e
D
onatiS
, 2009).
For a more integrated approach and to have a more realistic rep-
resentation of the model of subsurface, new methodologies based on
the use of 3D of the subsurface were developed in recent these years.
Such methods allowed (r
oSenbauM
, 2003; c
ulShaw
, 2005):
- to improve the transition between the cognitive data and the re-
presentation/ computational handling geological information;
- to find a way to combine, model and see differences between a
digital representation and the real phenomenon;
- to respond with increasing amount of data and the different origin
and quality of information;
- to create a digital simulation of phenomena linked to aquifers,
which is representative of the real behaviour.
The use of 3D models not only helps achieve a more accurate re-
sult, but allows obtaining new information concerning the area inves-
tigated, through a complete stratigraphic reconstruction of the whole
region, with great spatial detail.
The main schemes of spatial representation are by voxel matrix
(raster 3D) (D
el
g
ranDe
& r
onDelli
, 2005) or by overlapping of 3D
regular or irregular meshed surfaces (grid) (l
eMon
& J
oneS
, 2003).
Both schemes are reconstructed through linear or higher order inter-
polation algorithms (D’a
gneSe
et alii, 1997).
BACKGROUND
Le applicazioni di metodologie specifiche ad alta risoluzione per lo
studio del sottosuolo e degli acquiferi hanno conosciuto negli ultimi anni
notevoli sviluppi legati alla necessità di definire modelli geo-litologici
del territorio, di individuare corpi inquinanti e parametri di subsidenza,
di monitorare lo stato e la salute delle falde freatiche, e per supportare
varie attività volte alla riqualificazione ambientale (S
ugan
et alii., 2003).
Nel passato i dati riguardanti il sottosuolo erano rappresentati
esclusivamente su mappe cartacee o attraverso delle sezioni (g
alle
-
rini
& D
e
D
onatiS
, 2009).
Per un approccio più integrato e per avere una rappresentazio-
ne maggiormente realistica del modello del sottosuolo, negli ultimi
anni si sono sviluppate delle nuove metodologie basate sull’utilizzo
di modelli 3D del sottosuolo. Tali metodologie hanno permesso (r
o
-
SenbauM
, 2003; c
ulShaw
, 2005):
- di migliorare la transizione tra il dato cognitivo e la rappresentazio-
ne/manipolazione computazionale dell’informazione geologica;
- di trovare un modo di combinare, modellare e visualizzare le dif-
ferenze tra una rappresentazione digitale e il fenomeno reale;
- di rispondere all’aumentare della quantità di dati e alla differente
origine e qualità delle informazioni;
- di creare una simulazione dei fenomeni legati agli acquiferi, in
forma digitale, che sia rappresentativo del reale comportamento.
L’utilizzo dei modelli 3D non solo consente di ottenere un risul-
tato più accurato, ma permette di ricavare nuove informazioni riguar-
danti l’area indagata, attraverso una ricostruzione stratigrafica com-
pleta dell’intera area, con gran dettaglio spaziale.
Gli schemi principali di rappresentazione spaziale sono a matrice
voxel (raster 3D) (D
el
g
ranDe
& r
onDelli
, 2005) o per sovrapposi-
zione di superfici tridimensionale a maglie regolari o irregolari (grid)
(l
eMon
& J
oneS
, 2003), entrambi ricostruiti attraverso algoritmi di
interpolazione lineare o di ordine superiore (D’a
gneSe
et alii, 1997).
Fig. 1 - Schema litologico della Piana
di Sarno, Italia: 1) Travertini; 2)
Depositi detritici; 3) Depositi al-
luvionali e eluviali; 4) Lave; 5)
Depositi piroclastici; 6) Calcari; 7)
Dolomie; 8) Corpo Idrico Sotter-
raneo della Piana del Sarno, come
delimitato in SOGESID, 2005
- Lithologic scheme of the Sarno
Plain, Italy: 1)Travertine; 2) De-
bris deposits; 3) Alluvial and elu-
vial deposits; 4) Lavas; 5) Pyro-
clastic deposits; 6) Limestone; 7)
Dolostone; 8) Groundwater body
of the Sarno Plain as recognized
in SOGESID, 2005
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3D LITHOSTRATIGRAPHIC MODEL AS SUPPORT FOR DEVELOPMENT OF A GROUNDWATER FLOW MODEL:
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Per quanto riguarda la ricostruzione di un modello tridimensionale è
possibile utilizzare una metodologia di tipo “Boundary representation
o ricorrere all’analisi geostatistica. Nella “Boundary representation” il
solido è definito attraverso delle superfici che ne individuano le facce
esterne (l
eMon
& J
oneS
, 2003). Nell’analisi geostatistica (g
allerini
& D
e
D
onatiS
, 2009) i dati puntuali di sondaggio sono convertiti in un
dato volumetrico, attraverso degli algoritmi d’interpolazione (kriging,
distance inverse, nearest neighboor, ecc
.). Il procedimento è basato su
operazioni matematiche che, pur non avendo dirette correlazioni con
i processi fisici, sono dei buoni strumenti per l’interpretazione di essi.
La rappresentazione voxel è basata unicamente su un’analisi geo-
statistica dei dati di sondaggio, mentre la rappresentazione attraverso
le superfici 3D può servirsi oltre che di questo metodo di creazione,
anche della “Boundary representation”.
I modelli solidi 3D si realizzano non solo per avere un modello
concettuale della stratigrafia dell’area indagata, ma possono essere
il modello geologico di base per successive applicazioni riguardanti
i modelli di filtrazione del sottosuolo, circolazione delle acque sot-
terranee (nell’ambito idrogeologico) o per altre applicazioni nei vari
ambiti dell’ingegneria, geologia, scienze ambientali.
La loro applicazione più diffusa è quella di fungere da piatta-
forma per la successiva modellazione del flusso delle acque sotter-
ranee negli acquiferi (w
yciSk
et alii., 2007). E’ su questo aspetto
che si è sviluppato il presente studio, andando a osservare i van-
taggi di far precedere la realizzazione del modello tridimensionale,
ricostruito con le metodologie precedentemente esposte, all’imple-
mentazione del modello di flusso.
I modelli numerici sono il metodo favorito per studiare il movi-
mento delle acque sotterranee e il trasporto di contaminanti (F
agioli
& a
MbroSio
, 1999). Il codice di calcolo più utilizzato per la risoluzio-
ne del problema della filtrazione in un mezzo poroso, (in regime tran-
sitorio o stazionario), è sicuramente MODFLOW (h
arbaugh
, 2005).
AREA DI STUDIO
La Piana del Sarno, settore meridionale della Piana Campana,
è ubicata tra il versante sud-orientale del complesso vulcanico del
Somma - Vesuvio e le zone pedemontane dei Monti di Sarno a Est e
dei Monti Lattari a Sud. La Piana del Sarno si presenta come una zona
morfologicamente a debole pendenza, tanto che si mantiene ancora
a 20 metri di quota nella sua zona più interna, situata alla base dei
Monti di Sarno e quindi a circa 17 km dalla costa (F
abbrocino
et alii.,
2007). Sul lato vesuviano i fianchi del cono vulcanico si raccordano
molto dolcemente alla pianura, mentre dal lato orientale e meridiona-
le le pendenze risultano molto più marcate. Il corso del fiume Sarno
si sviluppa in posizione centrale all’interno della Piana ed è allungato
in direzione NE-SW. La superficie complessiva è di circa 200 km
2
e
costituisce un’area ad elevata densità abitativa (circa 1300 ab/km
2
)
grazie all’eccezionale fertilità dei suoli che la ricoprono e che da sem-
pre hanno favorito le attività agricole.
I settori in cui è stato approfondito lo studio sono il versante a
As regards to the reconstruction of a three-dimensional model
it is possible to use a “Boundary representation” methodology
or use Geostatistical analysis. In the “Boundary representation
methodology, the solid is defined through the surfaces that identify
the external faces (l
eMon
& J
oneS
, 2003). In the Geostatistical
analysis (g
allerini
& D
e
D
onatiS
, 2009), the boreholes are con-
verted into a volumetric data, through the interpolation algorithms
(kriging, inverse distance, nearest neighbour, etc.). The procedure
is based on mathematical operations that are good tools for the
interpretation of physical processes, even if they haven’t direct
correlation with them.
The voxel representation is based only on a geostatistical
analysis of the boreholes, while the representation through the
3D surface can use, in addition to this method of creation, even
Boundary representation”.
The 3D solid models are fulfilled not only to have a concep-
tual stratigraphic model of the investigated area, but may be the
geological basis model for subsequent applications in groundwater
flow models, movement of groundwater (in hydrogeological) or for
other applications in the various areas of engineering, geology and
environmental sciences.
The more widespread application of the models is to serve as a
platform for the next modeling of the flow of groundwater in aquifer
(w
yciSk
et alii, 2007). It is with this aspect that this study was de-
veloped, thus by observing the advantages to precede the implemen-
tation of three-dimensional model, reconstructed with the methods
mentioned above, to the implementation of the flow model.
The numerical models are the favoured method to study the move-
ment of groundwater and the transport of contaminants (F
agioli
& a
M
-
broSio
, 1999). The most used code of calculation to the resolution of the
problem of filtration in a porous medium, (in the transitional arrange-
ments or steady-state), is certainly MODFLOW (h
arbaugh
, 2005).
STUDY AREA
The Sarno plain, the southern sector of Campana Plain, is located
between the south-eastern coast of the volcanic complex of Somma-
Vesuvious and the piedmont areas of the Sarno Mts. to the East and
Lattari Mts. to the south. The Sarno plain is presented as a weak slope
morphological zone, so that it still keeps to 20 m of share in its most
internal area, located at the base of the Sarno Mts., about 17 km from
the coast (F
abbrocino
et alii, 2007). On the vesuvian side the flanks
of volcanic cone is linking very gently to the plain, while from the
eastern and southern slopes they are much more marked. The course
of the Sarno River develops in the central position of the plain; it is
elongated in the NE-SW direction. The total area is approximately
200 km
2
and it is an area with high population density (approximately
1300 ab/km
2
) thanks to exceptional fertility of the soils which have
always favoured the activities.
The study was carried out in depth in these two sectors: the
S-E side of the groundwater body of Somma-Vesuvious, which is
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MODELLO LITOSTRATIGRAFICO 3D PROPEDEUTICO ALLO SVILUPPO DI UN MODELLO DI FLUSSO SOTTERRANEO:
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e
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S-E del corpo idrico sotterraneo del Somma-Vesuvio, che costituisce
il collegamento tra il vulcano e la pianura, e il settore pedemontano a
N dei rilievi calcarei del corpo idrico sotterraneo dei M.ti Lattari. Tali
settori verranno di seguito denominati come “DV” (Dominio Vesu-
viano) e “DML” (Dominio Pedemontano dei Monti Lattari) (Fig. 2).
Si evidenza in Fig. 2 la scarsità dei sondaggi a disposizione nel settore
N-W del DML; di conseguenza nella successiva fase di creazione del
modello di flusso, il dominio è stato ridimensionato escludendo tale
zona, nella quale ricade il fiume (vedi § succ.).
LINEAMENTI IDROGEOLOGICI
La piana del fiume Sarno corrisponde alla porzione più meridionale
del graben della Piana Campana ed è da essa separata da uno spartiacque
piezometrico (c
elico
& a
llocca
, 2004); è delimitata a NW dal Som-
ma-Vesuvio, a E dal massiccio carbonatico dei Monti di Avella-Parte-
nio-Pizzo d’Alvano e a S/SW dai M.ti Lattari, a SW dal mare (Fig. 1).
La stratigrafia del sottosuolo è caratterizzata da depositi granulo-
metricamente molto eterogenei, di origine prevalentemente alluvio-
nale e piroclastica, questi ultimi sia sciolti che litoidi (“Tufo Grigio
Campano”), riferibili all’attività vulcanica del Somma-Vesuvio e dei
Campi Flegrei. A questi terreni sono associati depositi di origine ma-
the link between the volcano and the plain, and the north piedmont
sector of the limestone reliefs of Lattari Mts. These sectors will be
called “DV” (Vesuvious Domain) and “DML” (Piedmont domain
of Lattari Mts) (Fig. 2). Fig. 2 highlights the lack of boreholes
in the NW sector of the DML; therefore in the groundwater flow
model the domain has been reduced (see next §), excluding this
sector, where the river flows.
HYDROGEOLOGICAL SETTING
The Sarno River Plain is the southern part of the Campanian Plain
graben, and it is separated from the rest of the Plain by a piezometric
groundwater division (c
elico
& a
llocca
, 2004); it is bounded to the
northwest by the Somma-Vesuvious volcano, to the east by the Avella-
Partenio-Pizzo d’Alvano Mountains and to the south - southwest by
the Lattari Mts. and to the southwest by the Tyrrhenian Sea (Fig. 1).
Stratigraphical data indicate that the subsoil of the Plain is char-
acterized by alluvial and pyroclastic deposits of variable grain size.
Pyroclastic deposits derive from the Phlegrean Fields and Vesuvi-
ous activity and are in incoherent and welded facies (“Tufo Grigio
Fig. 2 - Settori di studio con sondaggi: 1) Sondaggi per la modellazione del DML (Dominio pedemontano dei M.ti Lattari); 2) Sondaggi per la modellazione del
DV (Dominio Vesuviano); 3) Sondaggi eliminati; 4) Fiume Sarno; 5) Limite del Bacino del Fiume Sarno; 6) Idrografia superficiale; 7) DML; 8) DV
- Modeled areas and boreholes’ location: 1) Boreholes used in DML modelation; 2) Boreholes used in DV modelation; 3) Eliminated boreholes; 4) Sarno
River; 5) Limits of Sarno river Watershed; 6) Superficial Hydrography; 7) DML; 8) DV
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3D LITHOSTRATIGRAPHIC MODEL AS SUPPORT FOR DEVELOPMENT OF A GROUNDWATER FLOW MODEL:
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rina (prevalentemente sabbiosi), e sequenze a grana fina di ambiente
palustre, costituite in prevalenza da limi e torbe. Nell’area costiera
sono presenti antiche porzioni di cordoni litorali.
A ridosso dei massicci carbonatici affiorano, lungo il margine nord-
orientale al piede del M.te Alvano, placche di travertino, e, lungo il margine
sud-orientale, alle pendici dei Monti Lattari, potenti coperture detritiche.
La presenza di un orizzonte tufaceo “semipermeabile” genera
una circolazione idrica per falde sovrapposte, di cui una superficiale
freatica e una sottoposta al tufo “semiconfinata” (c
elico
& P
iSco
-
Po
, 1995), con flussi di drenanza dal basso verso l’alto. Verso l’area
costiera risulta assente l’orizzonte semipermeabile tufaceo e le due
falde confluiscono in un’unica falda. La circolazione idrica sotterra-
nea può però essere considerata unica a grande scala, con un deflusso
idrico sotterraneo diretto verso SW con recapito ultimo verso il mare.
La falda è alimentata dagli apporti idrici diretti e dai travasi la-
terali provenienti dalle falde accolte nei rilievi carbonatici (Monti
di Avella-Partenio-Pizzo d’Alvano e Monti Lattari) e dalla falda del
Somma-Vesuvio (Fig. 1). La falda alimenta il fiume Sarno nel tratto
più a monte, mentre nel tratto più schiettamente pianeggiante è il fiu-
me ad alimentare, sia pure in misura molto contenuta, la falda.
MATERIALI E METODI
Il software r
ockworkS
2006, utilizzato per la ricostruzione del mo-
dello litostratigrafico tridimensionale con analisi geostatistica, è in grado
di gestire i dati di sondaggi e di restituire modelli 3D del sottosuolo o
rappresentazioni bi-dimensionali della stratigrafia (sezioni, fences). Esso
dispone di diversi metodi d’interpolazione dei dati di sondaggio per cre-
are modelli 3D del terreno come sovrapposizione di superfici a maglia
regolare (grid-model) oppure come matrice voxel (solid-model).
Per la risoluzione del problema della filtrazione in un mezzo po-
roso si è utilizzato invece il codice di calcolo MODFLOW (h
arbau
-
gh
, 2005), nella sua interfaccia grafica g
rounDwater
v
iStaS
5 (r
uM
-
baugh
& r
uMbaugh
, 2007). Il metodo di risoluzione delle equazioni
descrittive del fenomeno d’infiltrazione in un mezzo poroso, di cui si
avvale il codice di calcolo MODFLOW, è di tipo iterativo.
DATI DI INPUT
La ricostruzione stratigrafica delle aree d’interesse è stata esegui-
ta interpolando i dati delle successioni litologiche fornite da sondaggi
geognostici a disposizione (fonte A.d.B. Sarno).
Per entrambe le aree in esame le successioni stratigrafiche, rica-
vate analizzando i sondaggi geognostici, si presentano molto artico-
late e varie. Si è quindi resa necessaria una reinterpretazione critica
delle stesse alla luce dell’obiettivo del presente lavoro.
La stratigrafia dei sondaggi, infatti, individua dodici differenti
unità litologiche:
- orizzonti pedogenizzati attuali o sepolti: suoli - paleosuoli;
- depositi alluvionali di media granulometria: ghiaie e sabbie di co-
noide o fluviali;
- depositi alluvionali fini: limi e sabbie;
Campano”). The alluvial-pyroclastic sequence incorporates marine
deposits (chiefly sands) and palustrine sediments with fine grain size
(chiefly silts and peat).
At the foot of the Alvano carbonate mountain to the northeast,
there is a travertine shelf outcrop, while at the foot of the Lattari Mts.
to the southeast, there are thick debris deposits.
The presence of the semi-pervious tuff layer generates two over-
lying ground water flows, a shallow unconfined flow and a semi-con-
fined flow under the tuff (c
elico
& P
iScoPo
, 1995), with an upward
leakance. Towards the coast the semi-pervious tuff layer disappears
and the two ground water flows become one. At a large scale only the
ground water flow can be considered one, directed toward SW, flow-
ing towards the sea.
The groundwater body is recharged by rainfall and by
groundwater subflow from the Somma-Vesuvious and carbonate
(Avella-Partenio-Pizzo d’Alvano Mountains and Lattari Mts.)
groundwater bodies (Fig. 1). The relationship between ground
water and surface water is different along the Sarno river: river
is gaining in the upper part of the basin and is moderately losing
to the river mouth.
MATERIALS AND METHODS
The software r
ockworkS
2006, used for the reconstruction of
the lithostratigraphic 3D model with detailed Geostatistics analysis,
is able to manage the boreholes and to return 3D model of the sub-
surface or two-dimensional representations of stratigraphy (sections,
fences). It has several interpolation methods of the boreholes to create
3D model of the soil as an overlap of regular meshed surface (grid-
model
) or as voxel matrix (solid-model).
The calculation code MODFLOW (h
arbaugh
, 2005) was used
for the resolution of the problem of filtration in a porous medium,
interfaced in g
rounDwater
v
iStaS
5 (r
uMbaugh
& r
uMbaugh
,
2007). The calculation code MODFLOW uses an iterative method
for the resolution of the equations descriptive of the phenomena in
a porous medium.
DATA INPUT
The reconstruction of stratigraphic areas of interest was car-
ried out by the stratigraphic data provided by boreholes available
(source A.d.B. Sarno). For both areas in examination, stratigraphic
successions, obtained by analysing the boreholes, are very articu-
lated and miscellaneous. Therefore a critical reinterpretation of the
stratigraphic succession was necessary thus being in the light of the
aim of this paper.
Boreholes’ stratigraphy identifies 12 different units:
- topsoil or buried pedogenized horizons: soil - ancient soil;
- alluvial deposits of medium grain size: alluvial fan or fluvial gra-
vel and sand;
- fine alluvial deposits: silt and sand;
- pyroclastic deposits: cinerite and volcanic sand;
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MODELLO LITOSTRATIGRAFICO 3D PROPEDEUTICO ALLO SVILUPPO DI UN MODELLO DI FLUSSO SOTTERRANEO:
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, S. D
e
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ellerino
- piroclastiti sciolte fini: cineriti e sabbie vulcaniche;
- piroclastiti sciolte di media granulometria: pomici e sabbie;
- tufo grigio litoide (ignimbrite campana);
- depositi sabbioso-ghiaiosi marini di spiaggia e duna;
- depositi di versante cementati: conglomerati e brecce carbonati-
che cementati;
- depositi lagunari e palustri: torba e argilla;
- substrato roccioso: calcari e dolomie;
- lave;
- depositi di versante: detrito calcareo.
Si sono quindi operate delle semplificazioni privilegiando,
nell’ottica di interpretare le caratteristiche idrogeologiche dei depo-
siti, la differenziazione granulometrica piuttosto che la loro origine e
natura. Inoltre spesso i sedimenti formatisi in un ambiente sono stati
successivamente rimaneggiati in un altro ambiente (es. piroclastiti ri-
maneggiate in ambiente alluvionale).
Sono quindi stati accorpati limi e sabbie con le cineriti e sabbie
vulcaniche a formare una macrocategoria di piroclastiti e alluvioni a
grana fine. Analogamente ghiaie e sabbie di conoide o fluviali sono
state unite con le pomici e sabbie vulcaniche a creare una macroca-
tegoria costituita da piroclastiti e alluvioni a grana grossa. Sempre
seguendo lo stesso criterio anche le sabbie e ghiaie marine, che si
presentano sempre con spessori esigui, sono state inglobate all’inter-
no delle suddette macrocategorie.
Sulla base di queste rielaborazioni si sono ridefinite le successioni
delle colonne stratigrafiche ed è stato possibile individuare le succes-
sioni stratigrafiche “tipo” per i due domini considerati (Fig. 3).
A questa fase di elaborazione è seguita una fase di selezione dei
sondaggi sulla base della loro attendibilità.
Nel DV i 15 sondaggi a disposizione sono sparsi in un’area di circa
70 km
2
e si attestano a una profondità variabile tra i 16 e i 90 metri dal
piano campagna (dato più frequente 30 m). Il loro numero appare esiguo
in relazione alla dimensione dell’area e la loro distribuzione si presenta
- pyroclastic deposits of medium grain size: pumice and sand;
- welded grey tuff (ignimbrite campana);
- sand-and-gravel beach and dune deposits;
- cemented debris deposits: calcareous conglomerate and cemented
breccia;
- lacustrine-palustrine deposits: peat and clay;
- bedrock: limestone and dolomite;
- lavas;
- calcareous debris deposits.
Thus simplifications are made giving priority to the differentia-
tion by particle size rather than by their origin and nature, in order to
put emphasis on the hydrogeological characteristics of deposits.
Often even the sediments were formed in an environment and
were subsequently reworked in another environment (e.g. pyroclastic
modernised in alluvial environment).
Therefore silt and sand were combined with the cineriti and
volcanic sands to form a macro-class and flooding to fine texture.
Similarly gravel and sand derived from alluvial cone or the river were
united with the pumice and volcanic sands to create a mains formed
by floods like and coarse. Following the same criterion also sand and
gravel of marine origin, which always have small thicknesses, were
incorporated within the above macro-class.
On the basis of these elaborations the succession of stratigraphic
columns were redefined and it was possible to identify the typical
stratigraphic succession for the two domains considered (Fig. 3). To
this stage of processing a selection phase of boreholes on the basis of
their reliability is followed.
In the DV the 15 available boreholes are scattered in an area
of approximately 70 km
2
and attest to a depth variable between
16 and 90 m below the ground level (most frequent data 30 m).
Their number is small in relation to the size of the area concerned,
which is about 70 km
2
. Furthermore their distribution was not suit-
able to the interpolation, being very concentrated in the area of San
Fig. 3 - Stratigrafia tipo, a) DML; b) DV: S = Suolo e paleosuolo;
Pa_g = Depositi piroclastici, marini e alluvionali a me-
dia granulometria; Pa_f = Depositi piroclastici, marini
e alluvionali a granulometria fine; T = Torba e argilla;
IC = Ignimbrite campana; Br = Conglomerati e brecce
carbonatiche cementate, detrito calcareo; Cd = Calcari e
dolomie; L = Lave
- Typical stratigraphy, (a) DML, (b) DV: S = Soil and an-
cient soil; Pa_g = Pyroclastic,marine and alluvial depos-
its of medium grain size; Pa_f = Fine pyroclastic,marine
and alluvial deposits; T = Peat and clay; IC= (Welded
grey tuff (Ignimbrite campana); Br = Calcareous con-
glomerate and cemented breccia, calcareous debris de-
posits; Cd = Limestone and dolostone; L = Lavas
background image
3D LITHOSTRATIGRAPHIC MODEL AS SUPPORT FOR DEVELOPMENT OF A GROUNDWATER FLOW MODEL:
THE SARNO PLAIN (ITALY) CASE STUDY
47
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poco idonea all’interpolazione, essendo molto addensati nella zona di
San Giuseppe Vesuviano e diradati nella restante area. Malgrado ciò la
semplicità della stratigrafia “tipo”, che è costituita solo da 6 differenti li-
totipi, rende agevole la modellazione. I depositi piroclastico-alluvionali
si presentano con discreta variabilità spaziale, sovente in “eteropia” con
gli altri sedimenti. Il banco delle lave e quello dell’ignimbrite campana,
che costituiscono “livelli guida” per l’area, si rinvengono solo in alcune
colonne stratigrafiche, ma ciò si deve ascrivere alla scarsa profondità
d’indagine dei sondaggi. Livelli di torba si ritrovano solo in un sondag-
gio nel territorio di Pompei, con uno spessore di 11 m.
Nel DML i sondaggi a disposizione sono 53, con una profondità di
indagine variabile da 12 a 190 metri, ma che spesso si aggira attorno ai
20-30 metri. Tali sondaggi sono stati realizzati a quote che variano da
un minimo di 8 m s.l.m. a un massimo di 232 m s.l.m., con una maggio-
re concentrazione nella zona pianeggiante (al di sotto dei 100 m s.l.m.).
La loro localizzazione areale risulta abbastanza favorevole alla
creazione di un modello sia per quanto attiene l’omogeneità di distri-
buzione sia per quanto riguarda il numero di sondaggi disponibili su
un territorio di circa 86 km
2
.
La stratigrafia “tipo” (Fig. 3), tuttavia, si presenta molto articola-
ta e ricca di intercalazioni nonostante le già operate semplificazioni.
Questa stratigrafia presenta al di sotto e al di sopra dell’ignimbrite
campana, che rappresenta il “livello guida” per l’area, due complessi
deposizionali, uno più recente e uno più antico, entrambi costituiti da
litotipi vulcanico-alluvionali-marini. I sondaggi presentano una forte
variabilità areale per quanto riguarda i depositi piroclastico-alluvio-
nali. L’ignimbrite campana si rinviene nella quasi totalità dei son-
daggi, presentandosi a limitate profondità dal p.c. (dai 3 ai 40 metri).
Lenti di torba, dello spessore di qualche metro (mediamente 5
m.), compaiono in alcuni sondaggi in località S. Antonio Abate e in
un sondaggio in località Pagani. Nei sondaggi più profondi e in quelli
più prossimi ai rilievi si ritrovano detriti e brecce calcarei con spesso-
ri che variano da 1 a 40 metri. Il bedrock calcareo è intercettato solo
da alcuni sondaggi realizzati sui rilievi dei Lattari o molto prossimi
ad essi. Nei sondaggi realizzati nella zona pianeggiante non si riscon-
tra il substrato calcareo a causa del forte rigetto della faglia bordiera
meridionale del graben della Piana del Sarno.
I dati di input necessari per la modellazione del flusso sotterraneo,
come le proprietà idrauliche, la ricarica, il prelievo da pozzi, le con-
dizioni al contorno, sono stati attinti da differenti fonti (specificate di
volta in volta nel capitolo della modellazione idrodinamica).
MODELLAZIONE LITOSTRATIGRAFICA DELL’ACQUIFERO
La procedura utilizzata per realizzare i modelli del sottosuolo
è la stessa per entrambi i domini ed è una procedura più o meno
standard (g
allerini
& D
e
D
onatiS
, 2009) per la realizzazione dei
modelli geo-litologici.
I dati sono stati organizzati in un database, importati all’interno del
software r
ockworkS
2006 ed elaborati mediante algoritmi d’interpo-
lazione, ricostruendo in tal modo un grid-model per ciascun dominio.
Giuseppe Observatory and dispersed in the rest of the area. Despite
this, the simplicity of the typical stratigraphy, which is composed
only 6 different concerning lithotypes, facilitates the modeling.
The pyroclastic alluvia-deposits are presented with discrete vari-
ability space, often in heteropic with other sediments. The banks of
lavas and that of ignimbrite campana constitute “guide levels” for
the area. They are present only in some stratigraphic columns, but
that must lie to the low depth investigation of boreholes. There is
only one level of peat with a thickness of 11 m, found in a borehole
located in Pompeii.
In the DML the available boreholes are 53, with a depth variable
from 12 to 190 m, often around 20-30 m. These boreholes were made
to a minimum elevation of 8 m a.s.l. and to a maximum quota of 232
m a.s.l., with greater concentration in plain (under 100 m a.s.l.).
The boreholes localization is suitable to modeling because of
their homogeneous distribution and the amount of available bore-
holes on an area of about 86 km
2
.
However the typical stratigraphy (Fig. 3) is very articulate and
rich of intercalations, despite the simplifications. This stratigra-
phy presents below and above ignimbrite campana, which repre-
sents the “guide level” for the area, two depositional complexes,
a newer one and one more ancient, both consisting of volcanic-
alluvial-marine deposits. The boreholes have a high variability as
regards to the pyroclastic deposits-alluvial. The ignimbrite cam-
pana was found in almost all the boreholes, to a limited depth
from b.g.l. (3 m to 40 m).
Lenses of peat with, thickness of few meters (the average
5 m), are displayed in some boreholes at S. Antonio Abate and
Pagani. In the deeper boreholes and nearest a thickness from 1
to 40 m were found. The bedrock limestone was intercepted by
some boreholes carried out on Mts. Lattari or very close to them.
The boreholes located in the plain do not intercept the substrate
calcareous because of a strong rejection of the crust of Southern
bordiera of Sarno Graben.
Input data necessary for the modeling of underground flow, as the
hydraulic properties, recharging, the pumping from wells, the bound-
ary conditions, were taken from different sources (specified in the
“Groundwater flow modeling” chapter).
LITHOSTRATIGRAPHIC MODELING OF THE AQUIFER SYSTEM
The procedure used to build models of the subsurface is the
same for both domains and is a more or less standard procedure
(g
allerini
& D
e
D
onatiS
, 2009) for the implementation of the geo-
lithological models.
The data were organized in a database, imported within the soft-
ware r
ockworkS
2006 and developed by interpolation algorithms,
reconstructing a grid-model for each domain. Algorithm chosen for
background image
MODELLO LITOSTRATIGRAFICO 3D PROPEDEUTICO ALLO SVILUPPO DI UN MODELLO DI FLUSSO SOTTERRANEO:
CASO DI STUDIO, LA PIANA DEL SARNO (ITALIA)
48
D. D
ucci
, S. D
e
S
imone
& m. S
ellerino
L’algoritmo scelto per la modellazione è quello della distanza inversa,
che assegna ad ogni nodo della griglia un valore stimato come media
pesata dei punti di controllo circostanti. Una modellazione effettuata
con il kriging ha fornito risultati pressoché equivalenti. La risoluzione
di entrambi modelli è 100 m (dX) • 100 m (dY) • 1 m (dZ).
Nella realizzazione dei modelli 3D si è tenuto conto della reale
superficie topografica rappresentata dal DTM con risoluzione 5 m,
successivamente adattato alla risoluzione orizzontale del modello.
Lo studio preliminare della stratigrafia delle aree di studio ha per-
messo di esaminare criticamente i risultati ottenuti e di operare una cali-
brazione del modello mediante successivi accorgimenti in modo tale da
avvicinarsi il più possibile al modello reale. Tra le operazioni effettuate:
- eliminazione dei sondaggi non attendibili;
- scelta di un criterio di correlazione tra le unità stratigrafiche;
- aggiunta di sondaggi fittizi in base alla litologia affiorante e studi
di settore (b
ellucci
, 1998; a
Prile
& t
occaceli
,2002), per una
migliore modellazione nelle zone montuose.
Realizzato il grid-model, è stato possibile ottenere rappresenta-
zioni tridimensionali (Figg. 4a e 4b) e bidimensionali (sezioni), carte
degli spessori (isopache) e della morfologia (isolinee) delle unità stra-
tigrafiche. In questo modo è stato possibile effettuare dei raffronti di
verifica con quanto noto dalla letteratura, con esito positivo.
Inoltre è stato possibile ricostruire, con fedeltà, l’andamento del
“letto” e del “tetto” dell’ignimbrite campana, per tutta la Piana, e di
ottenere in tal modo una carta degli spessori (Fig. 5) per questa unità
stratigrafica che riveste un ruolo molto importante, costituendo a luo-
ghi una separazione tra le falde idriche sovrapposte.
Con lo stesso set di dati e con la stessa risoluzione orizzontale del
grid-model ma con risoluzione verticale dZ=3m, si è inoltre realizza-
to un solid-model per entrambi i domini. Per il DV si è ottenuto un
modello voxel costituito da 75(X) • 99 (Y) • 76(Z) nodi; per il DML
un modello voxel costituito da 113(X) • 81(Y) • 468(Z) nodi.
modeling is inverse distance, which assigns each node of the grid
a value estimated to be the average weighing of the control points
around. One modeling carried out with the Kriging method has pro-
vided results almost equivalent. The resolution of both models is 100
m (dX) • 100 m (dY) • 1 m (dZ).
The real topographical surface was represented in the 3D model
by DTM with resolution 5 m, subsequently adapted in the horizontal
resolution of the model.
The preliminary study of stratigraphy of the areas enabled us to
critically examine the results obtained and to operate a calibration of
the model by subsequent measures so as to get as close as possible to
the real model. Between these measures:
- elimination of unreliable boreholes,
- choice of a criterion of correlation between stratigraphic unit,
- addition of fictitious boreholes based on outcropping lithology
and specialized studies (b
ellucci
, 1998; a
Prile
& t
occaceli
,
2002), for better modeling in the mountainous areas.
By the grid-model, it was possible to obtain three and two-dimen-
sional representations (Figs. 4a and 4b) (sections), charts of thick-
nesses (isopach maps) and the morphology (map) of the stratigraphy
units. Therefore it is possible to make comparisons with the knowl-
edge from the literature, with a positive result.
It was also possible to reconstruct, with fidelity, the evolution
of “top” and “bottom” of ignimbrite campana, for all the plain, and
to obtain in this way an isopach map (Fig. 5) for this stratigraphic
unit that has a very important role, posing a separation between
the overlapped aquifers.
With the same set of data and with the same horizontal resolution
of grid-model but with vertical resolution dZ=3 m, a solid-model for
both the domains is also created. For the DV a voxel model made up
of 75 (X) • 99 (Y) • 76 (Z) nodes was obtained; for the DML a model
Voxel made up of 113 (X) • 81 (Y) • 468 (Z) nodes.
Fig. 4a - Elaborazione 3D del DML
- 3D representation of the DML
model
background image
3D LITHOSTRATIGRAPHIC MODEL AS SUPPORT FOR DEVELOPMENT OF A GROUNDWATER FLOW MODEL:
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Fig. 4b - Elaborazione 3D del DV
- 3D representation of the DV
model
Fig. 5 - Carta
delle
Isopache
dell’ignimbrite campana,
in evidenza i due domini
considerati
- “Ignimbrite
campana”
Isopach map. Highlighted
the two considered do-
mains
background image
MODELLO LITOSTRATIGRAFICO 3D PROPEDEUTICO ALLO SVILUPPO DI UN MODELLO DI FLUSSO SOTTERRANEO:
CASO DI STUDIO, LA PIANA DEL SARNO (ITALIA)
50
D. D
ucci
, S. D
e
S
imone
& m. S
ellerino
MODELLO DI FLUSSO DELLE ACQUE SOTTERRANEE
I risultati della modellazione litostratigrafica sono stati utilizzati
per costruire il modello di flusso delle acque sotterranee.
La creazione di un modello prevede le seguenti fasi (a
nDerSon
, 2002):
1. Definizione della geometria del modello;
2. Assegnazione delle condizioni al contorno;
3. Assegnazione dei parametri idrodinamici;
4. Assegnazione degli stress esterni;
5. Scelta del motore di soluzione.
Essendo tale studio prevalentemente incentrato sulla fase di costru-
zione del modello fisico, le prime tre fasi, comprendenti la definizione
della geometria del modello e l’assegnazione dei parametri idrodina-
mici, sono state sviluppate accuratamente e ottimizzate dall’utilizzo dei
modelli litostratigrafici 3D precedentemente ricostruiti con r
ockwor
-
kS
2006. Di contro sono state effettuate alcune semplificazioni nelle
altre fasi, in particolar modo nell’attribuzione degli stress esterni: rica-
rica meteorica, evapotraspirazione, drenaggi, emungimenti.
La costruzione del modello fisico è stata realizzata utilizzando il solid-
model litostratigrafico, che, per entrambe le aree di studio, è stato importato
in g
rounDwater
v
iStaS
5 per layers paralleli alla superficie topografica, de-
finendo la geometria di base e la litozonazione del modello idrogeologico.
La discretizzazione orizzontale risulta essere a maglie quadrate
100m • 100m per entrambi i domini, mentre la discretizzazione ver-
ticale è stata operata per layers paralleli di 3m ciascuno. Pertanto il
DV è discretizzato in 90 righe, 56 colonne e 13 layers; il DML è
discretizzato in 42 righe, 92 colonne e 12 layers.
La creazione del modello geometrico è stata effettuata mediante
importazione di grid paralleli alla superficie topografica, estratti dal
solid-model grazie agli strumenti forniti dall’applicativo. Tali grid,
recanti per ogni cella l’informazione relativa alla quota, sono stati
importati a definire Top e Bottom di ciascun layer.
Successivamente si è compiuta l’operazione di litozonazione,
che assegna ad ogni cella attiva del dominio l’informazione relativa
all’unità stratigrafica. Quest’operazione è stata effettuata estraendo dal
solid-model, e successivamente importando in MODFLOW, grid re-
canti informazioni sulla litozonazione per quelle superfici parallele al
DTM precedentemente importate nel modello a definire la geometria.
Questo procedimento ha permesso di ottenere una caratterizzazione
litostratigrafica del modello molto più accurata di quella che si ottiene
ricostruendo il modello direttamente nell’ambiente MODFLOW. In se-
guito a ciascuna unità litostratigrafica sono state attribuite le proprietà
idrodinamiche. Lo studio è stato condotto allo stato stazionario, di conse-
guenza è sufficiente attribuire a ciascuna cella i valori della conducibilità
idraulica Kx, Ky e Kz. Tali valori (Tab. 1) sono stati desunti da numerosi
studi effettuati su litotipi analoghi e sui litotipi dell’area (g
riFFithS
, 1967;
c
aStany
, 1985; c
elico
, 1988; D
ucci
& o
norati
, 1993; e
Saki
& J
iang
,
1999; h
arvey
, 2005; e
vangeliSta
et alii, 2006; D
el
g
auDio
& v
allario
,
2007). E’ stata posta l’ipotesi semplificativa d’isotropia globale. Inoltre,
vista l’esiguità e in taluni casi la non continuità della falda idrica freatica
superficiale, si è considerata nella modellazione una falda unica.
GROUNDWATER FLOW MODELING
The lithostratigraphic model results were used to build the
groundwater flow model.
The model creation consists of the following steps (a
nDerSon
, 2002):
1. Building geometry;
2. Setting of boundary conditions;
3. Setting of hydrodynamic parameters;
4. Setting of external stresses;
5. Choice of solver.
Focusing this study on the physical model construction, the first
three steps, including the geometry of the model and the choice
of the hydrodynamic parameters, were accurately developed and
optimized, by the use of the 3D model previously constructed by
r
ockworkS
2006. On the contrary, the other steps were simplified,
especially regarding the external stresses: recharge, evapotranspira-
tion, drainage, pumping.
The construction of the physical model was carried out us-
ing the lithostratigraphic solid-model, which for both of the study
areas, was imported in g
rounDwater
v
iStaS
5 by layers paral-
lel to topographic surface, defining the basic geometry and the
lithozonation of the hydrogeologic model. The horizontal discre-
tization consists of squared cells 100 m • 100 m for both of the
domains, the vertical discretization was done by parallel layers of
3 m each. So the DV results discretized into 90 rows, 56 columns
and 13 layers; the DML results discretized into 42 rows, 92 col-
umns and 12 layers.
The creation of the geometrical model was carried out by import-
ing grids parallel to the topographic surface, extracted from the solid-
model
using the tools of the software. These grid, containing for each
cell the elevation information, were imported to define the Top and
the Bottom of each layer.
Afterwards, the lithozonation process was completed, assigning
to each active cell of the domain the information about the strati-
graphic unit. It was carried out by extracting from Rockworks 2006
solid-model and then by importing in MODFLOW grids with infor-
mation about lithozonation for those surfaces parallel to the DTM,
previously imported in the model to define the geometry. This ap-
proach allowed obtaining a more accurate lithostratigraphic charac-
terization than the one obtained by building the model directly in
MODFLOW. Successively, hydrodynamic properties were assigned
to each lithostratigraphic unit. The study was conducted in steady-
state condition, so it’s enough to assign to each cell the values of
hydraulic conductivity Kx, Ky e Kz. These values (Tab. 1) were
gathered from several studies on similar lithotypes and on studies
of the area (g
riFFithS
, 1967; c
aStany
, 1985; c
elico
, 1988; D
ucci
&
o
norati
, 1993; e
Saki
& J
iang
, 1999; h
arvey
, 2005; e
vangeliSta
et alii,
2006; D
el
g
auDio
& v
allario
, 2007). The simplifying hypothesis of
global isotropy was assumed. Moreover, in the model an unique
groundwater body was contemplated, because of the thinness and
the discontinuity of the shallow aquifer.
background image
3D LITHOSTRATIGRAPHIC MODEL AS SUPPORT FOR DEVELOPMENT OF A GROUNDWATER FLOW MODEL:
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51
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The two models were confined at the bottom by a layer, which
was assigned no-flow conditions to simulate an impermeable bed-
rock; the bedrock location was obtained not from the boreholes, that
are not so deep to intercept it, but from the available literature (c
aS
-
Sano
& l
a
t
orre
, 1987; ENEA, 2002).
Boundary conditions include specified head boundaries, speci-
fied flow boundaries or head dependent flow boundaries, that is a
mix of the first two; also there is the no-flow condition used to con-
fine the active area of the model and define the impermeable bed-
rock, as just described.
The specified head boundary condition (constant head) was used
assigning the values of hydraulic heads to North, South and East
boundaries in the DV and only to the East boundary in the DML (Fig.
6). These values were taken from piezometric maps included in the
Piano Stralcio di Tutela delle Acque (a
utorità
Di
b
acino
Del
S
arno
,
2004; SOGESID, 2005).
I due modelli sono stati confinati inferiormente con un layer cui
sono state assegnate condizioni di flusso nullo (no-flow) a simulare
un substrato impermeabile la cui localizzazione è stata desunta non
dai sondaggi, poco profondi per intercettarlo, ma da quanto noto in
letteratura (c
aSSano
& l
a
t
orre
, 1987; ENEA, 2002).
Le condizioni al contorno sono a potenziale imposto, a flusso im-
posto o miste; nonché a flusso nullo per delimitare l’area attiva del
modello e definire il fondo impermeabile, come appena illustrato.
La condizione a potenziale imposto (constant-head) è stata attribu-
ita assegnando i valori del carico idraulico ai limiti Nord, Sud ed Est
nel DV e soltanto al limite Est nel DML (Fig. 6). Tali valori sono stati
desunti dalle carte piezometriche contenute nel Piano Stralcio di Tutela
delle Acque (a
utorità
Di
b
acino
Del
S
arno
, 2004; SOGESID, 2005).
La condizione mista (head-dipendent flow boundary) è stata adot-
tata per il bordo Nord e il bordo Ovest del DML, che risultano rispet-
tivamente subparalleli all’asta fluviale del Sarno e alla linea di costa,
Fig. 6 - Condizioni al contorno: GHB = Condizione mista ; CHB = Condizione a potenziale
imposto; CFB = Condizione a flusso imposto. In grigio le celle inattive. a) DML, b) DV
- Boundary conditions: GHB = General Head Boundary; CHB = Constant Head
Boundary; CFB = Constant flux boundary. Inactive cells in grey. a) DML; b) DV
Tab. 1 - Valori di conducibilità idraulica assegnati ai litotipi dei due domini (desunti da Griffiths, 1967;
Castany, 1985; Celico, 1988; Ducci & Onorati, 1993; Esaki & Jiang, 1999; Harvey, 2005; Evan-
gelista et alii, 2006; Del Gaudio & Vallario, 2007). S = suoli - paleosuoli; Pa_g = depositi allu-
vionali e/o piroclastici di granulometria medio-grossolana; Pa_f = depositi alluvionali e/o piro-
clastici fini; Br = brecce - conglomerati; L = lave; IC = tufi grigi (Ignimbrite Campana); T = torbe
e argille; CD = calcari e dolomie
- Conductivity values assigned to the lithology of the two domains (derived by Griffiths, 1967;
Castany, 1985; Celico, 1988; Ducci & Onorati, 1993; Esaki & Jiang, 1999; Harvey, 2005; Evan-
gelista et alii, 2006; Del Gaudio & Vallario, 2007). S = soils - paleosoils; Pa_g = alluvial and/
or pyroclastic deposits of medium to coarse-grained; Pa_f = alluvial and/or pyroclastic fine
grained deposits; Br = breccias - conglomerates; L =;lavas; IC= grey tuffs (Ignimbrite Cam-
pana); T = peats and clays; CD = limestones and dolostones
background image
MODELLO LITOSTRATIGRAFICO 3D PROPEDEUTICO ALLO SVILUPPO DI UN MODELLO DI FLUSSO SOTTERRANEO:
CASO DI STUDIO, LA PIANA DEL SARNO (ITALIA)
52
D. D
ucci
, S. D
e
S
imone
& m. S
ellerino
che sono però esterni all’area attiva (Fig. 6). Si è optato per questo
tipo di condizione al bordo al fine di dare comunque un peso adeguato
all’influenza che mare e fiume hanno sull’assetto piezometrico. Per
tale scopo sono stati utilizzati i valori desunti dalle carte piezometri-
che contenute nel Piano Stralcio di Tutela delle Acque (a
utorità
Di
b
acino
Del
S
arno
, 2004; SOGESID, 2005).
La condizione di flusso imposto (specified flow boundary) è sta-
ta utilizzata imponendo flusso nullo nelle zone inattive e sul bordo
inferiore di entrambi i modelli per simulare la presenza di uno strato
impermeabile. Infine la condizione di flusso imposto è stata utilizzata
in entrambi i domini per simulare il flusso idrico entrante nella zona
attiva del modello proveniente dai corpi idrici di alimentazione (Fig.
6). Questa grandezza è stata oggetto di calibrazione del modello al
fine di trovare il valore più corretto.
Tra gli stress esterni che influiscono sul comportamento del sistema
idrogeologico, si annoverano: ricarica meteorica, evapotraspirazione,
emungimenti, drenaggi e ricariche artificiali. Nel presente studio il valo-
re di ricarica diretta è pari al valore d’infiltrazione efficace (ricarica me-
teorica al netto dell’evapotraspirazione, moltiplicata per il Coefficiente
d’infiltrazione potenziale, C.I.P.) ed è stato assegnato sulla base delle
stime effettuate da D
ucci
(2008); il dato relativo ai prelievi dai pozzi di
emungimento è stato desunto da Celico (1995) e da SOGESID (2005).
Tra i metodi d’iterazione (solver) di cui si avvale il codice di calco-
lo MODFLOW si è scelto il PCG “Preconditioned Conjugate-Gradient
Solver
” perché si è dimostrato rapidamente convergente, oltre che es-
sere raccomandato nell’utilizzo del software g
rounDwater
v
iStaS
5.
Dopo aver inserito i parametri necessari, relativi anche alle condi-
zioni di confinamento (il primo layer è stato definito come non confi-
nato
e l’ultimo layer come confinato; mentre per i restanti layers si è
lasciata valutare al software la condizione definendoli confinato/non
confinato
) e di risaturazione delle celle (si è considerata possibile la
risaturazione da tutte le celle circostanti), il modello implementato è
stato fatto girare in regime stazionario.
Durante la fase di simulazione è possibile verificare la validità del
modello, ossia che esso riproduca adeguatamente il sistema idrogeo-
logico, tramite lo strumento di calibrazione.
Calibrazione
L’operazione di calibrazione è stata eseguita comparando i valori
delle quote piezometriche calcolati con quelli osservati su 23 punti
nel DV e su 33 punti nel DML (a
utorità
Di
b
acino
Del
S
arno
, 2004;
c
elico
, 1995) (Fig. 7).
Nel caso in esame l’unico oggetto di calibrazione è stato il valore
del travaso dai corpi idrici di alimentazione, il quale è stato variato
in un processo iterativo di tipo trial & error (S
Pitz
& M
oreno
, 1996;
a
nDerSon
, 2002), finché non si è ottenuto un grafico di calibrazione
soddisfacente (Fig. 8).
In tale fase l’ipotesi semplificativa di certezza degli altri parame-
tri è lecita poiché l’uso del software r
ockworkS
2006 ha agevolato la
litozonazione, individuando con grande grado di precisione la posi-
The head dependent flow boundary condition was used for the North
and West boundaries of the DML, that are respectively subparallel to the
Sarno river and to the coastal line, but that are however outside to the
active area. This boundary condition was adopted to stress the river and
sea influence on the piezometric pattern (Fig. 6). The useful values were
taken from the piezometric maps of the Piano Stralcio di Tutela delle
Acque (a
utorità
Di
b
acino
Del
S
arno
, 2004; SOGESID, 2005).
The specified flow boundary condition was assigned fixing no-
flow in the inactive areas and in the bottom layer of both models to
simulate the presence of an impermeable bedrock. Moreover, in both
of the domains was used to simulate a subflow in the active area of the
model coming from other groundwater bodies (Fig. 6). The subflow
rate was object of calibration of the model in order to find the most
appropriate value.
Among the external stresses which affect the behavior of the hy-
drological system, there are: rainfall recharge, evapotranspiration,
pumpings, drains and artificial recharge. In this study the value of
the direct recharge is the same of the effective infiltration (the dif-
ference between rainfall recharge and evapotranspiration, multiplied
by the potential infiltration coefficient) and it was assigned on the
basis of the estimates made by D
ucci
(2008); pumping well data was
taken from Celico (1995) and SOGESID (2005). Among the itera-
tion methods (solver) used by MODFLOW, the PCG “Preconditioned
Conjugate-Gradient Solver
” was chosen because it showed fast con-
vergence, in addition to being recommended in the use of the soft-
ware g
rounDwater
v
iStaS
5.
After entering the necessary parameters, relating also to the
conditions of confinement (first layer was defined as unconfined
and last layer as confined; while for the other layers it is left to
software to assess the condition, defining the layers as confined/
unconfined) and conditions of cell resaturation (resaturation from
all surrounding cells was considered possible), the model was run
in steady-state condition.
During the simulation you can check the validity of the model,
namely that it adequately reproduces the hydrogeological system, by
using the model calibration tool.
Calibration
The process of calibration was performed by comparing the val-
ues of calculated groundwater level with those observed in 23 points
in the DV and 33 points in the DML (a
utorità
Di
b
acino
Del
S
arno
,
2004; c
elico
, 1995) (Fig. 7).
In this case the only object of calibration was the value of the
subflow from water bodies, which was modified in an iterative proc-
ess of trial and error type (S
Pitz
& M
oreno
, 1996; a
nDerSon
, 2002),
until we obtained a satisfactory calibration graph (Fig. 8). In this
phase, the simplifying assumption of certainty of the other param-
eters is possible, since the use of software r
ockworkS
2006 facili-
tated the lithozonation, identifying with great accuracy the location
and extent of each stratigraphic unit, and optimizing the allocation
background image
3D LITHOSTRATIGRAPHIC MODEL AS SUPPORT FOR DEVELOPMENT OF A GROUNDWATER FLOW MODEL:
THE SARNO PLAIN (ITALY) CASE STUDY
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Fig. 7 - Piezometria misurata e target points utilizzati nella simulazione: 1) target points; 2) limite del Bacino del Fiume Sarno; 3) piezometria misurata; 4) settori DV e DML
- Measured piezometric surface and target points used in simulation: 1) target points; 2) limits of the Sarno river watershed; 3) Measured piezometric sur-
face; 4) sectors DV and DML
Fig. 8 - Grafico di calibrazione: 1) Valori di quota piezometrica H osservati vs. valori di quota piezometrica H misurati in m s.l.m.; 2) fasce di confidenza ; 3)
regressione lineare. a) DML, b) DV
- Calibration graph: 1) H Piezometric Head simulated values vs. H Piezometric Head observed values in m a.s.l.; 2 confidence bands; 3) linear regression.
a) DML, b) DV
background image
MODELLO LITOSTRATIGRAFICO 3D PROPEDEUTICO ALLO SVILUPPO DI UN MODELLO DI FLUSSO SOTTERRANEO:
CASO DI STUDIO, LA PIANA DEL SARNO (ITALIA)
54
D. D
ucci
, S. D
e
S
imone
& m. S
ellerino
of the hydrogeologic parameters, assessed accurately through a
careful study of literature.
Initially assumed values were derived from Ducci (2008). The
subflow rate in the DML results 1•10
-4
m
3
/s•m in the sector of the
Gragnano conglomerate-debris and 4,5•10
-5
m
3
/s•m in the sector of
pyroclastic deposits between Gragnano and Angri; in the DV the
resulting subflow value is 3•10
-5
m
3
/s•m.
The calibration process was performed step by step by hand in
order to find the piezometric values most similar of those observed in
the check target points.
RESULTS
Groundwater flow model results are shown in piezometric maps
and flow direction maps (Fig. 9).
The evolution of computed piezometric surface (Fig. 9) shows
a good correspondence with the measured piezometric surface, for
both domains, excluding the W sector of the DML where observed
data shows a drawdown probably due to a localized pumping. This
confirms that the model is enough representative of the hydrodynam-
ics of the area, with a groundwater flow (Fig. 9) primarily directed
towards the sea.
Here are the subflow values resulting from the simulation process:
DML: We identified two distinct areas of subflow with different
transmissivity: one corresponding to the cone of Gragnano with flow
per linear meter of 1.13
10
-4
m
3
/s•m that is a total subflow of 450 l/s;
the other one is in the sector between Gragnano and Angri with flow
per linear meter of 6
10
-5
m
3
/s•m that is a total subflow of 500 l/s.
Therefore the total subflow from the groundwater body Mts. Lattari
towards the Sarno Plain is equal to 950 l/s.
zione e l’estensione di ogni singola unità stratigrafica, e ottimizzando
l’attribuzione dei parametri idrogeologici, valutati con accuratezza
attraverso un attento studio bibliografico.
I valori inizialmente assunti sono stati desunti da Ducci (2008):
nel DML il travaso risulta pari a 1•10
-4
m
3
/s•m nel settore della co-
noide detritico-conglomeratica di Gragnano e pari a 4,5•10
-5
m
3
/s•m
nel settore dei depositi detritico-piroclastici tra Gragnano e Angri; nel
DV il travaso risulta pari a 3•10
-5
m
3
/s•m.
Il processo di calibrazione è stato effettuato manualmente con step
sempre più ravvicinati, finché non si è ottenuta una soddisfacente com-
parazione tra le quote piezometriche simulate e quello osservate nei
target di controllo.
RISULTATI
I risultati della modellazione del flusso sono mostrati nelle carte
piezometriche e carte della direzione del flusso (Fig. 9).
L’andamento della superficie piezometrica simulata mostra una
buona corrispondenza con quello della superficie piezometrica misurata
(Fig. 9), per entrambi i domini, se si esclude il settore W del DML dove
nei dati misurati si nota un abbassamento localizzato dovuto probabil-
mente a emungimenti concentrati. Ciò conferma che il modello è suffi-
cientemente rappresentativo dell’idrodinamica dell’area, con un flusso
idrico sotterraneo diretto prevalentemente verso il mare. Di seguito si
riportano i valori di travaso risultanti dal processo di simulazione:
DML: Si individuano due distinte aree di travaso dotate di diversa
trasmissività: una in corrispondenza della conoide di Gragnano con
portata a metro lineare di 1.13
10
-4
m
3
/s•m ossia un travaso globale
di 450 l/s; l’altra nel settore tra Gragnano e Angri con portata a metro
lineare di 6
10
-5
m
3
/s•m ossia un travaso globale di 500 l/s. Pertanto
il travaso totale dal corpo idrico sotterraneo dei M.ti Lattari verso la
Piana del Sarno risulta pari a 950 l/s.
Fig. 9 - Andamento della superficie piezometrica simulata e linee di flusso. In tratteggio nero
andamento della superficie piezometrica osservata (SOGESID, 2005). a) DML, b) DV
- Simulated piezometric surface and groundwater flow direction map. The dotted black
line represents the observed piezometry (SOGESID, 2005). a) DML, b) DV
background image
3D LITHOSTRATIGRAPHIC MODEL AS SUPPORT FOR DEVELOPMENT OF A GROUNDWATER FLOW MODEL:
THE SARNO PLAIN (ITALY) CASE STUDY
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DV: The flow per linear meter results equal to 4.95•10
-5
m
3
/s•m, therefore
the total subflow from Vesuvious towards the Sarno plain is equal to 740 l/s.
The subflow rates resulting by the model are in the middle between
the estimates evaluated by Ducci (2008), assumed as initial values, and
the rates indicated by other authors (P
iScoPo
, 1995; c
elico
et alii., 1991).
APPLICATION
Finally the groundwater flow model was applied to evaluate
the piezometric variation that may occur as a result of a change in
the rate of subflow from the adjacent water bodies, due to differ-
ent meteorological / climatic conditions. Indeed, a previous work
(D
ucci
& t
ranFaglia
, 2008) showed that from 1980 to 1999 in
Mts. Lattari precipitation decreased by 20%, while there was an
apparent rise in temperatures, averaging 0.4 - 0.5 ° C. This led to a
strong decrease in the average infiltration that since 1980 to 1999
has decreased by 39%, resulting a drawdown of the subflow from
the body concerned towards the plain.
The study was then applied to the DML. The effect of reducing
the subflow was evaluated taking into consideration a decrease of the
incoming flow of 20%, 30%, 40%; with correspond an average piezo-
metric drawdown respectively of 0.36 m, 0.54 m, and 0.72 m (Fig.
10). These values, including only the reduction due to the subflow but
not to the direct recharge, are in according with the piezometric draw-
down measured in the period 1992-2003, reaching one metre in the
sector close to the carbonate mountains (F
abbrocino
et alii, 2007).
CONCLUSION
This paper has highlighted the great advantage to precede the re-
construction of 3D stratigraphic model to the creation of a groundwa-
ter flow model.
DV: La portata a metro lineare risulta pari a 4.95•10
-5
m
3
/s•m ossia
il travaso globale dal Vesuvio verso la Piana del Sarno è 740 l/s.
L’entità dei travasi calcolata dal modello si pone a cavallo tra le sti-
me effettuate da Ducci (2008), usate come valori di partenza, e quanto
indicato in altri lavori (P
iScoPo
, 1995; c
elico
et alii., 1991).
APPLICAZIONE
Si è infine applicata la modellazione di flusso effettuata per valutare
la variazione piezometrica che si può verificare a seguito di una modi-
fica delle aliquote di travaso dai corpi idrici adiacenti dovuta a differen-
ti condizioni meteoclimatiche. Infatti un lavoro precedente (D
ucci
&
t
ranFaglia
, 2008) ha evidenziato che dal 1980 al 1999 le precipitazio-
ni nei Monti Lattari sono diminuite del 20%, mentre si è avuto un evi-
dente incremento delle temperature, in media di 0.4 - 0.5 °C. Tutto ciò
ha portato ad una forte diminuzione dell’infiltrazione media che dalla
fine degli anni 1980 al 1999 risulta diminuita del 39%, con conseguente
diminuzione del travaso dal corpo idrico in questione verso la Piana.
Lo studio è stato quindi applicato al DML. L’effetto della ridu-
zione del travaso è stato valutato considerando una diminuzione delle
portate entranti del 20%, 30%, 40%, cui corrispondono abbassamenti
piezometrici medi rispettivamente di 0.36 m, 0.54 m, 0.72 m (Fig. 10).
Questi valori, che comprendono solo la riduzione per i travasi e non
quella per infiltrazione diretta, sono coerenti con gli abbassamenti pie-
zometrici misurati nel periodo 1992-2003 che hanno superato il metro
nel settore prossimo ai massicci carbonatici (F
abbrocino
et alii, 2007).
CONCLUSIONI
Il presente lavoro ha posto in evidenza il grande vantaggio di far
precedere la ricostruzione del modello stratigrafico 3D del sottosuolo
alla creazione di un modello di flusso.
Fig. 10 - Abbassamenti piezome-
trici derivanti dalla ridu-
zione dei travasi: 1) ridu-
zione del travaso 40%;
2) riduzione del travaso
30%; 3) riduzione del
travaso 20%
- Piezometric drawdown
produced by subflow re-
duction: 1) subflow re-
duction 40%; 2) subflow
reduction 30%; 3) sub-
flow reduction 20%
background image
MODELLO LITOSTRATIGRAFICO 3D PROPEDEUTICO ALLO SVILUPPO DI UN MODELLO DI FLUSSO SOTTERRANEO:
CASO DI STUDIO, LA PIANA DEL SARNO (ITALIA)
56
D. D
ucci
, S. D
e
S
imone
& m. S
ellerino
The use of software such as r
ockworkS
2006, for the realization
of a 3D model of the subsoil of an alluvial plain, has the advantage
of providing continuous information in space, beyond the availability
of logs, thus allowing investigating, by extrapolation, areas without
geognostic studies or poorly covered by them.
It must be underlined that the use of this software requires
continuous intervention of the modelist and a deep knowledge
of the study area, mostly in alluvial areas where stratigraphic se-
quences are complex and contacts are often heteropic. The con-
tinuous layers (such as lavas or tuffs of ignimbrite campana) are
well modeled by the software, while the discontinuous or lenticu-
lar layers (peat or alluvial-pyroclastic deposits) are modeled with
less accuracy; so expert assistance is required in order to conform
result to reality.
The achievement of the preliminary three-dimensional model
has allowed identifying with some accuracy the location and exten-
sion of each stratigraphic unit, thus avoiding the task of regionaliza-
tion of hydrodynamic data, which constitutes a crucial phase of the
implementation of a model. This approach, combined with a careful
study of the hydrodynamic characteristics, has led to a precise defi-
nition of the aquifer.
The groundwater flow model drawn up for the two domains
(DV, Vesuvius Domain and DML, Piedmont domain of Mts. Lattari)
led to satisfactory results, thus highlighting the strength of the pro-
cedure used in creating a groundwater model. Undoubtedly the hy-
drodynamical model presents many simplifications (especially re-
garding the external stresses on the system), but the used approach
seems to be valid and can be considered like a point of departure for
future improvements.
The problems faced both in the creation of the 3D model and in
the groundwater flow model development show the lack of informa-
tion about deep stratigraphy of the aquifer, specially for the Vesuvius
area, where even the information about the surface stratigraphy are
more sketchy. It therefore stresses, in the joint use of 3D stratigraphic
model and the groundwater flow model, the importance of having
numerous and well distributed geognostic investigations, which are
deep up to the impermeable substrate and the results of updated pi-
ezometric surveys possibly within a continuous and distribute moni-
toring over the area.
This study was partially funded by the research project PRIN
2007 (Nitrate Contamination in Groundwater: main causes of con-
tamination and impact of climatic trends
) National Coordinator and
Leader of the Operative Unit: Prof. A Corniello.
ACKNOWLEDGEMENTS
We are grateful to Dr. Federico Baistrocchi, of the Autorità di
Bacino Regionale of the Sarno river, for kindly supplying data for the
3D and the groundwater model.
L’uso di un software come r
ockworkS
2006, per la realizzazione
di un modello 3D del sottosuolo di una piana alluvionale, ha il pregio
di fornire informazioni continue nello spazio, aldilà della disponibili-
tà di sondaggi, consentendo quindi di andare ad indagare, per estrapo-
lazione, zone prive di studi geognostici o scarsamente coperte da essi.
C’è da sottolineare che l’uso del software richiede un continuo in-
terevento del modellatore e una profonda conoscenza dell’ambito di
studio, particolarmente negli ambiti alluvionali dove le successioni stra-
tigrafiche sono complesse e i contatti spesso eteropici. Gli strati continui
(come le lave o l’ignimbrite campana) sono ben modellati dal software,
mentre gli strati discontinui o lenticolari (torbe o depositi piroclastico-
alluvionali) sono modellati con minor precisione; per essi si richiede un
intervento esperto al fine di conformare il risultato alla realtà.
La realizzazione preliminare del modello tridimensionale ha per-
messo di individuare con una certa accuratezza la disposizione ed
estensione di ogni singola unità stratigrafica, evitando in tal modo
l’operazione di regionalizzazione dei dati idrodinamici, che costitu-
isce una fase cruciale della realizzazione di un modello. Questo ap-
proccio, unito ad un attento studio delle caratteristiche idrodinami-
che, ha portato ad una precisa definizione dell’acquifero.
Il modello di flusso ricostruito per i due domini in esame (DV,
Dominio Vesuviano, e DML, Dominio Pedemontano dei Monti Lat-
tari) ha condotto a risultati soddisfacenti, evidenziando in tal modo la
validità della procedura utilizzata nella creazione di un modello idro-
dinamico. Senza dubbio il modello idrodinamico presenta molte sem-
plificazioni (specie per quanto attiene agli stress che intervengono sul
sistema), ma l’approccio utilizzato sembra valido e può considerarsi
come un punto di partenza per successivi perfezionamenti. Le diffi-
coltà incontrate, sia nella fase di creazione del modello 3D, sia nella
fase di elaborazione del modello di flusso, evidenziano la carenza di
informazioni sulla stratigrafia profonda dell’acquifero, in particolare
per l’ambito Vesuviano, laddove tra l’altro anche le informazioni sul-
la stratigrafia superficiale sono più lacunose.
Si sottolinea quindi l’importanza, nell’uso congiunto di un mo-
dello stratigrafico 3D del sottosuolo e di un modello di flusso, di po-
ter disporre di numerose e ben distribuite indagini geognostiche, che
si approfondiscano fino al substrato impermeabile, e dei risultati di
rilevamenti piezometrici aggiornati, possibilmente all’interno di un
monitoraggio continuo e diffuso sull’area.
Lavoro parzialmente finanziato dal progetto di ricerca PRIN 2007
(Contaminazione da nitrati delle acque sotterranee: scenari, cause
prevalenti influenza dei trends climatici e possibili interventi struttura-
li
) Coord. Naz e Resp. Locale dell’Unità Operativa Prof. A Corniello.
RINGRAZIAMENTI
Si ringrazia L’Autorità di Bacino Regionale del F. Sarno, nella
persona del Dott. Federico Baistrocchi, per i dati forniti per l’elabora-
zione del modello tridimensionale e del modello di flusso.
background image
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www.ijege.uniroma1.it
OPERE CITATE / REFERENCES
AA. VV. (1999) - Engineer Manual. Engineering and Design. GROUNDWATER HYDROLOGY . Department of the Army U.S. Army Corps ofEngineers,
Washington, DC 20314-1000, 122 pp.
AA.VV. (2006) - Manuale di RockWorks 2006. RockWare ®Earth Science & GIS Software, 302 pp.
a
Mato
A. (2008) - Caratterizzazione geologica della Piana del Sarno da dati di sondaggio. Quaderni AdB Sarno 1/2008: 45-50.
a
nDerSon
M. P. & w
oeSSner
w.w. (2002) - Applied Groundwater Modeling. Simulation of flow and advective transport. Academic press, 381 pp.
a
Prile
F. & t
occaceli
r. (2002) - Nuove conoscenze sulla stratigrafia e distribuzione dei depositi ignimbritici quaternari nel sottosuolo della Piana del Sarno
(Salerno - Campania - Italia meridionale). Il Quaternario 15 (2) : 169-174.
a
utorità
Di
b
acino
Del
S
arno
(2004) - Piano Stralcio di Tutela delle Acque (art. 17 L. 183/89, L.R. 9/84, D. Lgs. 152/99 e s.i.m.).
b
ellucci
F. (1998) - Nuove conoscenze stratigrafiche sui depositi effusivi ed esplosivi nel sottosuolo dell’area del Somma - Vesuvio. Boll. Soc. Geol. It., 117: 385-405.
c
aSSano
e. & l
a
t
orre
P. (1987) - Geophysics in Somma-Vesuvius. Quaderni della Ricerca Scientifica, CNR, 8: 175-196.
c
aStany
G. (1985) - Idrogeologia. D. Flaccovio Editore, 243 pp.
c
elico
F. & P
iScoPo
v. (1995) - Idrodinamica sotterranea e vulnerabilità all’inquinamento delle piane del Sarno e del Solofrana (Campania). Quaderni di Geol.
Appl, 2: 407-412.
c
elico
P. (1988) - Prospezioni Idrogeologiche. Liguori Editore, 736 pp.
c
elico
P. & a
llocca
v. (2004): Il bacino del fiume Sarno: idrodinamica sotterranea. Quaderni AdB Sarno 1/2004: 35-41.
c
elico
P., M
alaFronte
a. & P
iScoPo
v. (1991) - Bilancio idrologico e idrodinamica della piana del Sarno (SA). Atti I Conv. Naz. Giov. Ricerc. Geol. Appl., 22-23
ott., Gargnano (BS), in «Ricerca Scientifica ed Educazione Permanente», suppl. 93: 297-306.
c
ulShaw
M.G. (2005) - From concept towards reality, developing the attributed 3D geological model of the shallow subsurface. Quarterly Journal of Engineering
Geology and Hydrogeology 38: 231-284.
D’a
gneSe
F. a., F
aunt
c. c., t
urner
a. k. & h
ill
M.c. (1997) - Hydrogeological evaluation and numerical simulation of the Death Valley regional ground-water
flow system, Nevada and California. US Geological Survey, Water Resources Investigation Report 96-4300, Denver, CO, 124.
D
el
g
auDio
a. & v
allario
a. (2007): da Attività estrattive: cave, recuperi, pianificazione. Il Prae della regione Campania. Liguori Editore Srl, pp. 410.
D
el
g
ranDe
c. & r
onDelli
b. (2004) - Modelli del sottosuolo: utilità e prospettive tra ricerca e pianificazione per l’archeologia. Dispense nuove frontiere
dell’archeologia, Università degli Studi di Bologna. In c
attani
M., F
iorini
a., & v
iggiani
N. (Eds.), Nuove frontiere dellarcheologia il trattamento del dato
tridimensionale Ravenna 13 maggio 2004.
D
ucci
D. (2008) - Definizione del bilancio idrico e idrologico dei Corpi Idrici Sotterranei significativi dell’Autorità di Bacino del Sarno. Attuazione della delibera
di Giunta Regionale n. 2290 del 30/12/2006. Relazione Conclusiva.
D
ucci
D. & o
norati
g. (1993) - Analisi di una lunga serie di dati piezometrici in Piana Campana. Quaderni di Tecniche di Protezione Ambientale - Protezione delle
acque sotterranee, 49: 339-357, Pitagora, Bologna.
D
ucci
D. & t
ranFaglia
g. (2008) - The Effect of Climate Change on the Hydrogeological Resources in Campania Region (Italy). In D
ragoni
, W. (ed) Groundwater
and climatic changes. Geological Society, London, Special Publications, 288: 25-38.
ENEA (2002) - Progetto Regi Lagni. Analisi di specifiche situazioni di degrado della qualita’ delle acque in campania, in riferimento ai casi che maggiormente
incidono negativamente sulle aree costiere.
e
Saki
t. & J
iang
k. (1999) - Comprehensive study of the weathered condition of welded tuff from a historic stone bridge in Kagoshima, Japan. Engineering Geology
55:121-130.
e
vangeliSta
a., n
icotera
M.v., P
aPa
r. & u
rciuoli
g. (2006) - Caratterizzazione meccanica di terreni piroclastici di un sito della Campania. Incontro Annuale dei
Ricercatori di Geotecnica 2006 - IARG Pisa, 26-28 giugno 2006.
F
abbrocino
S. , l
anari
r. , c
elico
P. ,t
erMolini
g. & z
eni
g. (2007) - Groundwater Pumping and Land Subsidence in the Sarno River Plain (Campania). Mem.
Descr. Carta Geol. d’It., 75: 163-174.
F
agioli
M.t. & a
MbroSio
M. (1999) - Modellazione e simulazione numerica come utensili in idrogeologia: esempio di applicazione alla pianura costiera di Cecina.
Intervento al Convegno “Risorsa Idrica e sviluppo sostenibile” dell’Associazione Culturale Geologica di Promozione per la Toscana, 22 gennaio 1999.
g
allerini
g. & D
e
D
onatiS
M. (2009) - 3D Modelling using geognostic data: The case of the low valley of Foglia river (Italy). Computer & Geosciences, 35:
146-164.
g
riFFithS
J.C. (1967) - Scientific method in analysis of sediments. Ed. McGraw-Hill, New York.
h
arbaugh
, A.W. (2005) - MODFLOW-2005, the U.S. Geological Survey modular ground-water model - the Ground-Water Flow Process. U.S. Geological Survey
Techniques and Methods 6-A16.
h
arvey
P. K. (2005) - Petrophysical properties of crystalline rocks Geological Society of London. Geological Society, 351 pp.
l
eMon
a
lan
M. & J
oneS
n
orMan
l. (2003) - Building solid models from boreholes and user-defined cross-sections. Computers & Geosciences, 29: 547-555.
P
iScoPo
v., F
uSco
c.& l
aMberti
a. (1995) - Idrogeologia dei Monti Lattari (Campania). Quaderni di Geologia Applicata, 2/95: 359-366.
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MODELLO LITOSTRATIGRAFICO 3D PROPEDEUTICO ALLO SVILUPPO DI UN MODELLO DI FLUSSO SOTTERRANEO:
CASO DI STUDIO, LA PIANA DEL SARNO (ITALIA)
58
D. D
ucci
, S. D
e
S
imone
& m. S
ellerino
r
oSenbauM
M.& t
urner
, a.k. (2003) - Characterization of the shallow subsurface: Implications for urban infrastructure and environmental assessment. New
Paradigms in Subsurface Prediction. Springer, Berlin, Heidelberg, Lecture Notes in Earth Sciences, 99: 3-6.
r
oSSetto
r. & b
ockelMann
-e
vanS
b. (2007) - Modellazione numerica del flusso e del trasporto di soluti ai fini dell’investigazione dei processi di trasporto
dell’erbicida terbutilazina nel sistema acquifero della pianura di S. Alessio (Lucca). Giornale di Geologia Applicata, 5: 29-44.
r
uMbaugh
D.b. & r
uMbaugh
g.o (2007) - Groundwater Vistas, Guide to Using. Version 5. Environmental Simulation Inc.
SOGESID (2005) - Regione Campania - Attuazione dell’art. 44 del D. Lgs. 152/99 e s.i.m.: Piano di Tutela delle Acque.
S
Pitz
k. & M
oreno
J. (1996) - A Practical Guide To Groundwater And Solute Transport Modeling. Wiley-interscience, 441 pp.
S
ugan
M., D
al
M
oro
g., F
orte
e.& P
iPan
M. (2003) - SIT come sistema di supporto alle decisioni (DSS) per l’applicazione di metodologie geofisiche non invasive
volte allo studio del sottosuolo. 7a Conferenza Nazionale ASITA , 28-31 ottobre 2003 Verona.
w
yciSk
P., h
ubert
t., g
oSSel
w. & n
euMann
c
h
. (2007) - High-resolution 3D spatial modelling of complex geological structures for environmental risk assessment
of abundant mining and industrial megasites. Computers & Geosciences, 35: 165-182.
Received April 2010 - Accepted July 2010
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