Acquifero costiero: caratteristiche, flusso ciclico e correzione di Hubbert

Definizione di acquifero costiero

Un acquifero si definisce costiero quando è parzialmente o totalmente delimitato dal mare

R 1 Costo Nivel irealice Agua, sala de . Agua dulce Cuña Impermeabile Vertice o pie Zona' de mezcla

Caratteristiche principali di un acquifero costiero

• buoni caratteri di permeabilità delle rocce affioranti lungo lo sviluppo costiero e/o sul fondo marino
• il livello base della circolazione idrica sotterranea coincide con il livello medio-mare
• il deflusso della falda avviene attraverso sorgenti costiere (subaeree o subacquee), normalmente drenanti acque salmastre
• > le acque dolci di falda sono sostenute alla base da acque salate di origine marina penetrate entroterra (superficie di fondo definita e variabile)

Diffusione e dispersione

Tra le due fasi si presume l'esistenza di un limite di separazione (interfaccia), sebbene la miscibilità tra acqua dolce e acqua salata non permetta che questa interfaccia sia netta:

Land surface Water table : Sea Freshwater Saltwater Zone: of dispersion

In realtà al posto dell'interfaccia netta, esiste una zona di miscelamento, detta di diffusione o dispersione (zona di transizione)

Fenomeni che determinano lo spessore della zona di transizione

I principali fenomeni che determinano lo spessore della zona di transizione sono la diffusione e la dispersione. La dispersione è un processo legato al movimento dell'acqua attraverso un mezzo poroso secondo linee di corrente con velocità variabile: la dispersione è in relazione alla permeabilità del mezzo attraversato La diffusione si manifesta a scala molecolare o ionica, in relazione all'agitazione termica delle particelle e come risultato della presenza di gradienti di concentrazione. Contrariamente alla dispersione, la diffusione non richiede movimento del fluido, per cui la dispersione predomina in presenza di alte velocità, mentre la diffusione prevale in presenza di basse velocità Il risultato congiunto dei processi di dispersione meccanica e di diffusione molecolare è noto come dispersione idrodinamica

Controlli fisici sull'interfaccia acqua dolce - acqua salata

I principali controlli fisici sulla posizione dell'interfaccia acqua dolce - acqua salata furono stabiliti indipendentemente agli inizi del secolo da Badon Ghyben (1889) e Herzberg (1901). Sebbene Du Commun avesse già definito nel 1828 i principi basilari delle leggi suddette, la legge è nota come principio di Ghyben - Herzberg. Il calcolo della profondità dell'interfaccia si basa sull'equilibrio statico di due colonne di differente densità

Legge di Ghyben-Herzberg

Pd h = t Ps - Pd Legge di Ghyben-Herzberg PA = Ps g h = Pa g (t+h) h =( t x 8d )/( 8s- 8d) Superficie piezometrica t Acqua dolce (8d) h h Acqua salata (8%) A ... Interfaccia PA = pressione idrostatica nel punto A; g = acc.di gravità t = carico idraulico della falda (m) h = prof. dell'interfaccia dal livello mare (m); Ps = densità dell'acqua di mare (1027 Kg/m3 a circa 42 di g/l contenuto salino); Pa = densità dell'acqua dolce di falda (circa 1000 Kg/m3).

Profondità dell'interfaccia

La profondità dell'interfaccia (h) dipende dal carico idraulico della falda e dalla densità dei due liquidi. Con i valori di densità prima definiti, la relazione fornisce un valore di h = 37. In dipendenza dei valori di densità reali dell'acqua dolce e dell'acqua salata, tale coefficiente può variare tra 33 e 50, ammettendo 37 come valore medio. La relazione di Ghyben - Herzberg determina quindi che ciascun metro di carico di acqua dolce corrisponda a 37 metri di profondità dell'interfaccia, sempre rispetto al livello mare. La formula é applicabile nel caso di acqua dolce che circola su acqua salata immobile (carico piezometrico dell'acqua salata nullo), con gradiente piezometrico basso, flusso della falda orizzontale, zona di transizione con spessore trascurabile e in acquiferi poco sensibili alle precipitazioni e alle variazioni stagionali (acquiferi di elevata inerzia).

Limiti delle ipotesi di Ghyben-Herzberg

Limiti delle ipotesi di Ghyben- Herzberg Occorre tuttavia notare che: > l'acqua dolce e l'acqua salata sono due liquidi perfettamente miscibili tra di loro, per cui al posto di una interfaccia netta esiste in realtà una zona a salinità variabile (zona di transizione) esistono componenti verticali della velocità in prossimità della costa laddove la sezione di flusso diminuisce l'acqua di mare non può considerarsi perfettamente immobile: essa deve ritenersi dotata di movimento almeno nelle zone più prossime alla costa.

Flusso ciclico e correzioni di Hubbert

Il flusso ciclico ispirò Hubbert nelle correzioni a G-H Land surface Sorgenti salmastre Water table Sea Freshwater Saltwater Zone of dispersion

Potencial del agua salada en la interfaz 1 Nivel del agua subteranca Nivel del mar T 1 Agua dulce ALE Agua salada Zona de , mezcla

Correzione di Hubbert

CORREZIONE DI HUBBERT La posizione in A dell'interfaccia dipende in realtà da un carico idraulico (t') maggiore di quello che si può misurare sulla sua verticale (t) infatti nelle vicinanze della zona di deflusso, la minore sezione del corpo dolce comporta una inflessione delle linee di flusso e quindi una curvatura delle linee equipotenziali

Flusso ciclico

Flusso ciclico Land surface Water table Sea Salt water Fresh water Zone of diffusion

Le sorgenti costiere, subaeree o subacquee, attraverso le quali avviene la discarica di un acquifero costiero, normalmente drenano acque salmastre Ciò significa che le sorgenti trasportano a mare, oltre che una componente di acqua dolce, anche una componente di acqua salata. Le quantità d'acqua salata così trasportate a mare devono essere rimpiazzate attraverso un movimento di acqua di mare dalla costa entroterra. Si realizza quindi, almeno nelle zone più prossime alla costa, un cosiddetto "flusso ciclico" di acqua salata che entra nel continente e viene riportata a mare dal deflusso costiero

Valores[ -) Valores(+ 1 - t d t S Agua .h dulce Interfase Aqu - Salada

Concetti di Hubbert per la profondità dell'interfaccia

Hubbert introduce nel calcolo della profondità dell'interfaccia i concetti dei carichi di acqua dolce e di acqua salata. Considerando due piezometri, il primo aperto nella zona occupata dall'acqua dolce appena sopra l'interfaccia (quindi pieno di acqua dolce) ed il secondo aperto nella zona occupata dall'acqua salata appena al disotto dell'interfaccia (quindi pieno di acqua salata), il primo piezometro fornisce il carico dell'acqua dolce (t'd = carico secondo la correzione di Hubbert) mentre il secondo fornisce il carico dell'acqua salata (ts), entrambi realmente agenti sul punto dell'interfaccia considerato. Il carico dell'acqua salata è generalmente inferiore al livello mare: ciò è in accordo con il presupposto che l'acqua di mare, al disotto dell'interfaccia, sia in movimento dalla costa verso l'entroterra: tale movimento deve comportare una perdita di carico.

Formulazione dell'equilibrio con i carichi idraulici reali

Considerando i reali carichi idraulici agenti sia dovuti al reale andamento delle equipotenziali in acqua dolce (correzione di Hubbert) che alla perdita di carico dell'acqua salata, si ha una diversa formulazione dell'equilibrio. Considerando quindi i pesi delle colonne agenti su uno stesso punto dell'interfaccia, la profondità di rinvenimento dell'interfaccia, h è: (ta + h) da = (h+t.)8 h = 1 S S t S Il primo termine è quello di Ghyben-Herzberg ed il potenziale è quello corretto di Hubbert; il secondo è la correzione che deriva dal considerare il flusso di acqua salata. Dato che t è generalmente negativo la formula di Hubbert fornisce una profondità dell'interfaccia maggiore di quella data dalla legge di G-H

Intrusione marina per cause antropiche

Con il termine intrusione marina si definisce il movimento temporaneo o permanente di acqua salata verso l'interno dell'acquifero Questo processo è conseguenza della diminuzione del flusso d'acqua dolce verso mare, dovuta ad interventi antropici, cioè al - sovrasfruttamento dell'acquifero ed è responsabile principale del - deterioramento delle caratteristiche qualitative, in termini di salinizzazione, delle acque dolci, in grado di compromettere in breve tempo grandi volumi di acqua.

Tipi di intrusione marina

L'intrusione può essere distinta in: laterale, quando l'acqua salata proviene lateralmente dalla costa (formazione di cunei e lingue d'acqua salata) dal basso (upconing), quando la massa d'acqua salata, soggiacente alle acque dolci di falda, è richiamata verso l'alto (formazione di coni e creste di acqua salata)

Costo Nivel freatice ale d Agua dulce . . Vertica o pie Zona de mezcla Hivel del mar Agua Dulce 4 de opil solade

Natural Conditions fresh water ocean adtwater Salt Water Intrusion land Surfsos fresh water ocaan Balt watar

Rappresentazione del richiamo di acqua salata

Tipica rappresentazione del richiamo di acqua salata da pozzi in emungimento Essa non rappresenta il reale fenomeno: non è l'interfaccia che risale, ma sono i sali che vengono trasportati verso l'alto ....