Academic literature on the topic 'Flusso delle acque di falda'

A livello nazionale, nell’ambito dei procedimenti di bonifica dei siti contaminati, disciplinati dalla parte Quarta – Titolo V del decreto legislativo 152 del 2006, l’implementazione di modelli matematici di flusso e di trasporto dei contaminanti è uno strumento che ha acquisito con il tempo sempre maggiore importanza, soprattutto ai fini della definizione e progettazione degli interventi di messa in sicurezza e bonifica delle acque di falda. Modelli matematici sono utilizzati anche a scala di bacino o sottobacino per la caratterizzazione e la gestione delle risorse idriche sotterranee [...].

2012/2013
The exploitation of geothermal heat by ground source heat pumps is presently growing throughout Europe and the world. In Italy, at the end of 2010, borehole heat exchangers covered most of the 30% of the total energy used for space conditioning, showing an increase of 50%compared to 2005. The forecasts for 2015 suggest a further increase in the direct uses of the geothermal heat exceeding 50% compared to 2010 and a corresponding increase in the geothermal energy consumption. The possibility to design plants with higher efficiency and lower costs of installation and operation is required, to support the growth of the ground source heat pump systems and the consequent diffusion of the exploitation of the geothermal resources. Research and better knowledge of the processes involved in the heat transfer between the borehole heat exchanger and the surrounding ground is crucial to predict the behavior of the plant-geothermal source interaction in any possible operational condition. The knowledge of the hydrogeological characteristics of the specific site where the plant has to be installed is also essential to prevent over- or under-sizing of the heat exchanger(s) due to a rough design. Over the years, several analytical solutions have been proposed to calculate the temperature distribution around a borehole heat exchanger during operation. The infinite line source analytical model considers an infinite linear heat source which exchanges heat with the surrounding ground by conduction only. Other models, based on the infinite linear heat source, have been later developed, considering also the contribution to the conductive heat transfer due to groundwater flow. The presence of flowing water around a borehole heat exchanger implies forced convection, resulting in an increased efficiency of the heat transfer between the ground and the borehole heat exchanger. Studying this process may suggest new ways to improve the efficiency and to reduce the cost of ground source heat pump systems. In this thesis, the contribution of groundwater flow in the heat transfer process between borehole heat exchangers and surrounding ground has been investigated, in order to increase the theoretical knowledge as well as to improve the existing design tools. Two-dimensional models have been considered, taking into account the actual cylindrical geometry of the borehole. The groundwater flow has been modeled as steady, horizontal and with variable flow rates, in order to encompass most of the real ground source heat pump applications. Gravitational effects, i.e. the effects of a possible natural convection, have been neglected. The results suggest that in the considered range of Darcy number, the calculation of the heat transfer efficiency is not affected if Darcynian model is used to describe the velocity field, although the viscous effects, and consequently the formation of the hydraulic boundary layer, are neglected. Calculations made using numerical simulations are compared with an analytical solution which takes into account forced convection due to groundwater flow and based on the linear heat source model. The regions of space and time where this analytical solution is affected by the effects of the line source assumption, in both cases of single- and multiple-borehole(s) systems, have been defined. The potential of the thermal response test analysis as a tool to predict the spacing between boreholes when groundwater flow occurs has been investigated, defining and studying the Influence Length as function of groundwater flow rate. The results suggest that even relatively low flow rates allow to reduce significantly the spacing between boreholes in the perpendicular direction with respect to groundwater flow. The distance from the borehole where the temperature disturbance becomes not-significant (Influence Length) is roughly predictable by thermal response test analysis. The study of the Influence Length may be a useful tool in the design of dissipative multiple-boreholes systems, as well as in areas with a high density of single-borehole plants, to reduce the spacing avoiding thermal interferences. Moreover, an expeditious, graphical method to estimate the hydraulic conductivity of the ground by thermal response test analysis has been proposed. An example of application of the methodology is presented, taking into account experimental data as well as plausible hydrological and petrological assumptions when the data are unavailable. The obtained result is in agreement with the hydraulic conductivity range reported in literature for the type of substrate considered in the example. In order to verify this method, further inv1estigations and developments are required. In fact, the graphs used in the procedure presented in this work are referred to specific borehole conditions (borehole filled by groundwater) and are based on two-dimensional models (i.e. end-effects and natural convection are neglected). Besides, the assumptions required to compensate the unavailable data imply that the method cannot be considered verified. Finally, further studies are suggested in order to improve and develop the proposed methods.
Negli ultimi anni, l’utilizzo del calore geotermico tramite pompe di calore accoppiate al terreno sta aumentando significativamente in tutta Europa e in generale nel mondo. In Italia, alla fine del 2010, le sonde geotermiche coprivano più del 30% dell’energia totale utilizzata per riscaldamento e raffrescamento degli edifici, mostrando un aumento del 50% rispetto al 2005. Le previsioni per il 2015 suggeriscono un ulteriore aumento degli utilizzi diretti del calore geotermico maggiore del 50% rispetto al 2010 e un analogo incremento del consumo di energia geotermica in generale. Con l’aumento della diffusione di questa tecnologia, e quindi un maggior sfruttamento di tale risorsa, aumenta anche la necessità di progettare impianti con la massima efficienza possibile e con bassi costi di installazione ed esercizio. La comprensione dei processi coinvolti nel trasferimento di calore tra sonda geotermica e terreno circostante è fondamentale per prevedere il comportamento degli impianti. Anche la conoscenza delle caratteristiche idrogeologiche del sito specifico nel quale l’impianto deve essere installato è essenziale al fine di evitare un’errata progettazione che può causare sovra- o sotto-dimensionamento della sonda. Nel corso degli anni, diverse soluzioni analitiche sono state proposte per calcolare la distribuzione di temperatura attorno alla sonda geotermica durante il suo utilizzo. Il modello analitico della sorgente di calore lineare e infinita considera lo scambio di calore che avviene per sola conduzione attorno ad una sorgente di raggio infinitesimo e di lunghezza infinita. Altri modelli successivi a questo e anch’essi basati sulla sorgente di calore lineare ed infinita, tengono conto anche del contributo convettivo dovuto al flusso dell’acqua di falda. La presenza di un flusso di acqua attorno ad una sonda geotermica, infatti, comporta convezione forzata e, di conseguenza, un aumento dello scambio di calore tra sonda e terreno. Per questo motivo, lo studio degli effetti di tale processo è un fattore chiave per riuscire a migliorare l’efficienza degli scambiatori di calore accoppiati al terreno. Questa tesi presenta lo studio del contributo del flusso delle acque di falda sul processodi scambio termico tra sonde geotermiche e terreno circostante, al fine di incrementare la conoscenza teorica e migliorare gli strumenti di progettazione già esistenti. Per raggiungere questo scopo ci si è serviti di modelli numerici bi-dimensionali che tengono conto della reale geometria cilindrica della sonda. Il fusso delle acque di falda è stato assunto come stazionale e orizzontale. Al fine di includere la maggior parte delle applicazioni geotermiche reali, un vasto range di portate è stato preso in considerazione. Gli effetti gravitativi, e quindi i possibili effetti di convezione naturale, sono stati invece trascurati. Sono stati confrontati i risultati del calcolo del trasferimento di calore ottenuti utilizzando rispettivamente l’equazione di Darcy e l’equazione di Darcy-Brinkman per descrivere il campo di velocità dell’acqua di falda attorno alla sonda. Le conclusioni raggiunte suggeriscono che utilizzando il modello di Darcy, il risultato risulta comunque sufficientemente accurato per i numeri di Darcy considerati, nonostante gli effetti viscosi, e quindi la formazione dello strato-limite fluidodinamico, vengano trascurati. I risultati delle simulazioni numeriche sono stati comparati con un modello analitico che prevede convezione forzata, dovuta al flusso di falda, attorno ad una sorgente di calore lineare ed infinita. Sono quindi state definite le regioni dello spazio e del tempo dove tale soluzione analitica è soggetta agli effetti della linearit`a della sorgente, sia nel caso di sonda singola, sia nel caso di campo-sonde. Sono inoltre state studiate le potenzialità dell’analisi del test di risposta termica come strumento per prevedere la spaziatura tra le sonde in funzione della portata del flusso dell’acqua di falda. I risultati suggeriscono che portate relativamente modeste, permettono una riduzione significativa della spazitura tra le sonde in direzione perpendicolare rispetto a quella di scorrimento dell’acqua di falda. Sfruttando l’analisi del test di risposta termica, è possibile stimare approssimativamente la distanza dalla sonda alla quale il disturbo di temperatura diventa trascurabile (distanza di influenza). Lo studio di questa distanza di influenza pu`o essere un utile strumento per la progettazione di sistemi dissipativi composti da sonde multiple, così come nelle aree con un’alta densità di impianti a sonda singola, al fine di ridurre la spaziatura tra le sonde, evitando allo stesso tempo l’insorgere di interferenze termiche tra sonde adiacenti. Inoltre è stato proposto un metodo grafico e speditivo per la stima della conducibilità idraulica del substrato tramite l’analisi del test di risposta termica. È stato presentato un esempio dell’applicazione di questa metodologia utilizzando sia dati sperimentali sia assunzioni plausibili di carattere idrologico e petrologico, quando non è stato possibile avvalersi di dati sperimentali. I risultati ottenuti sono in accordo con i valori di conducibilità idraulica proposti in letteratura per il tipo di substrato dell’esempio. Per poter verificare l’affidabilità di questo metodo, ulteriori studi e sviluppi sono sono necessari. Infatti, i grafici utilizzati nella procedura presentata in questa tesi, si riferiscono a specifiche condizioni della sonda (acqua di falda come materiale di riempimento) e sono inoltre basati su modelli bi-dimensionali (trascurando quindi gli effetti di fine-pozzo e il contributo della convezione naturale). Infine vengono forniti suggerimenti riguardo ulteriori studi che consentirebbero di migliorare e sviluppare ulteriormente le metodologie proposte.
XXVI Ciclo
1985

2011/2012
All'interno del massiccio carsico del Carso Classico si sviluppa il reticolo del cosiddetto Timavo ipogeo, uno tra i più famosi fiumi carsici al mondo, il cui percorso stimato in circa 80 km di sviluppo lineare tra Slovenia e Italia, nonostante sia stato oggetto di oltre due secoli di studi scientifici, è per alcuni aspetti misterioso. L’obiettivo di questa Tesi è: 1)la riorganizzazione e ottimizzazione della rete di monitoraggio delle acque di falda del Carso Classico; 2)l’analisi dei dati in continuo esistenti (portate, precipitazioni, livello, temperatura e conducibilità); 3)l’analisi dell’influenza del carico idraulico sull’idrostruttura; 4) la ricostruzione dell’idrodinamica nelle diverse condizioni di impinguamento per una valutazione della vulnerabilità e dell’entità delle risorse. L’attività di ricerca si è articolata essenzialmente in una prima fase di ricerca bibliografica e acquisizione delle competenze di gestione della rete di monitoraggio; una seconda parte di acquisizione delle competenza informatiche per l’analisi dei dati; una terza parte di interpretazione dei dati e costruzione di un nuovo modello idrodinamico considerando i parametri chimico-fisici degli eventi di piena principali. Il punto di forza del presente studio è la riorganizzazione, l’aggiornamento e l’analisi congiunta di tutta la serie temporale a disposizione permettendo di ottenere un robusto modello idrodinamico dell’area in esame. Infatti sono stati considerati quasi 4000000 di dati complessivi raccolti a cadenza oraria o bioraria in 17 anni: essi consistono in misure di livello, temperatura, conducibilità e torbidità delle acque di 29 punti di misura in 13 cavità, 4 piezometri, 7 sorgenti, 2 laghi, 4 fiumi. Inoltre sono stati considerati anche dati idrometrici, pluviometrici, di portata e dati geofisici di stazioni geodetiche. L’intervallo temporale analizzato va dal 1995 al 2012. La ricerca svolta costituisce un contributo allo studio secolare della complessa idrostruttura del Carso Classico e ha permesso di approfondire le conoscenze sulla sua idrodinamica. Si sono potuti evidenziare e caratterizzare i diversi comportamenti della circolazione idrica nei grandi condotti e nel reticolo fessurato, rilevando i settori a diversa idrodinamica e gettando le basi per una dettagliata mappatura di vulnerabilità e gestione della risorsa idrica. Sono stati raggiunti i seguenti obiettivi: 1)Realizzazione di una rete di monitoraggio integrata tra Italia e Slovenia per il monitoraggio qualitativo e quantitativo della falda del Carso classico; 2)Creazione di un ricco archivio dei dati idrologici (precipitazioni, temperature, portate, livelli, torbidità, conducibilità e temperature) dal 1995 ad oggi quale base fondamentale per la creazione di un sistema di gestione del territorio; 3)Aggiornamento della mappa delle precipitazioni del Carso Classico, unificando i dati italiani e sloveni e tenendo conto del quadro generale dato dall’OSMER e ARSO; 4)Analisi statistica comparata di tutti i dati acquisiti per caratterizzare ogni sito monitorato dal punto di vista chimico - fisico; 5)Analisi idrodinamica con l’elaborazione di un protocollo per il confronto del calcolo delle velocità apparenti da dati di temperatura e di conducibilità, grazie al quale poi è stato possibile calcolare le velocità apparenti su 17 eventi a regime diverso, validando la procedura mediante l’uso di tracciamenti storici; 6)Creazione di mappe isofreatiche in regime di magra e di piena del Carso Classico e della fascia delle sorgenti per la valutazione della distribuzione del carico idraulico; 7)Analisi quantitativa del livello, della temperatura e conducibilità di serie temporali mediante l’applicazione di funzioni matematiche (cross-correlazione e periodogramma) per testare e validare alcuni algoritmi; 8)Analisi multidisciplinare con la quale sono stati messi a confronto il segnale clinometrico dei pendoli in Grotta Gigante, il segnale GPS, i livelli della falda nell’Abisso di Trebiciano, nella Grotta Gigante e nel piezometro di Opicina per valutare l’influenza del carico idraulico.
XXV Ciclo
1977

L uso improprio di fertilizzanti e pesticidi nell'agricoltura intensiva, può causare danni all'ambiente, in particolar modo alle produzioni, al suolo e all'acqua. L attività svolta è servita a valutare la contaminazione delle acque sotterranee a causa di pratiche agricole intensive (coltivazioni in serre). L'area di studio si trova nella zona costiera della provincia di Ragusa (Sicilia sud-orientale), dove numerose Serre esistenti possono provocare la contaminazione delle acque sotterranee. Il rischio di inquinamento è soprattutto correlato con il processo di infiltrazione di macro-elementi azoto, fosforo, potassio, e l'uso massiccio di fertilizzanti e pesticidi, che possono passare attraverso la zona non satura del profilo del terreno. Inoltre, la zona è caratterizzata dalla presenza di numerosi pozzi (circa 15 pozzi a km2) per uso agricolo che causano il sovrasfruttamento della falda acquifera e il conseguente rischio di intrusione di acqua di mare. Il rischio di inquinamento degli acquiferi è stato valutato attraverso l'analisi dei campioni di acqua sotterranee (con frequenza mensile) raccolti in pozzi di monitoraggio; in particolare, sono stati misurati, composti azotati, fosforo solubile, potassio e i principali antiparassitari comunemente usati nell'area di studio. Tale attività ha avuto una durata di tre anni (2009-2011)- I risultati mostrano che valori alti di conducibilità elettrica e di cloruri possono causare riduzione della produzione e danni alle foglie, per la maggior parte dei sistemi agricoli monitorati. Inoltre sono stati osservati alti tenori di concentrazioni di nitrati che possono causare problemi di salute. Infine in due pozzi su otto sono stati ritrovati alte concentrazioni di pesticidi.

Il presente lavoro si propone di descrivere ed analizzare le indagini eseguite in corrispondenza del sito denominato area ex caserma Staveco di Bologna allo scopo di ricostruire il modello idrogeologico dell’area e caratterizzare dal punto di vista qualitativo le acque sotterranee soggiacenti il sito. Per quanto concerne tale aspetto sono stati eseguiti 3 sondaggi a carotaggio continuo successivamente predisposti di piezometro tipo Norton. Per quanto riguarda l'aspetto geologico l'area è stata indagata tramite 15 sondaggi a carotaggio continuo fino a profondità di -5 m dal p.c., 2 sondaggi a 30 m dove è stata svolta la prova S.P.T e 6 prove penetrometriche statiche con piezocono fino a -30 m da p.c. Inoltre, sono state analizzate le caratteristiche idrochimiche delle acque tramite parametri chimici misurati in sito e confrontati con i rispettivi limiti di contaminazione secondo il Decreto Legislativo 152 del 2006. Grazie al campionamento di tali acque sono state svolte anche analisi di laboratorio ai fini di valutare un impatto antropico sulla falda più superficiale, infine, si è proceduto tramite misure freatimetriche alla misura del livello della falda e alla determinazione del gradiente idraulico. Nell'area di studio, è stata riscontrata una concentrazione di idrocarburi totali superiore al limite consentito e grazie allo studio dei livelli piezometrici emerge un basso piezometrico riconducibile ad un effetto drenante attribuibile al canale Aposa.

Il presente lavoro di tesi è stato svolto a seguito delle indagini geognostiche previste per un progetto ingegneristico volto alla riqualificazione con caratteristiche autostradali della SP46 Rho-Monza e del preesistente sistema autostradale A8/A52, la cui area interessata dai lavori è ubicata nella parte Nord del comune di Milano. Lo studio è stato finalizzato alla valutazione, attraverso metodologie e tecnologie specifiche, delle caratteristiche idrodinamiche delle acque sotterranee presenti nella zona oggetto dei lavori. A seguito di misure sul livello piezometrico della falda, compiute dopo la realizzazione di 8 piezometri, è stata realizzata (con l’ausilio del software Surfer 8.0® – Golden Software Inc.) una mappa relativa all’andamento delle isopieze e dei gradienti di flusso, attraverso interpolazione spaziale con metodo Kriging delle misure. La ricostruzione dell’assetto della falda così ottenuto ha permesso di fornire utili indicazioni riguardo le successive scelte progettuali.

Nella tesi si è svolto un lavoro di tipo bibliografico e rilevamento di campagna, per uno studio idrogeologico preliminare in relazione al progetto di realizzazione di di una vasca di espansione. Sono stati eseguite prove di campagna e misurazioni di livelli freatimetrici con relative elaborazioni grafiche dei dati per la creazione di mappe isofreatiche.

La grotta di Bossea si trova nel comune di Frabosa Sottana, in provincia di Cuneo (Piemonte). Fa parte di un sistema carsico caratterizzato da una complessa storia tettonica che ha portato le successioni carbonatiche, originariamente sedimentatesi sopra un substrato di età permocarbonifero (porfiroidi e quarziti impermeabili), a trovarsi segmentate in affioramenti separati tra di loro da lineazioni tettoniche delimitanti compartimenti idrogeologici indipendenti. La grotta ha uno sviluppo complessivo di oltre 2,5 km e ospita un laboratorio scientifico sotterraneo deputato al monitoraggio delle acque sotterranee. Il presente elaborato mira ad interpretare i processi determinanti il comportamento idrologico di una porzione di insaturo, sovrastante una venuta secondaria (stillicidio), tramite l’analisi degli idrogrammi e chemogrammi rilevati in modo continuo tra gli anni 2003 e 2016. All’analisi dei dati continui saranno integrate analisi chimiche delle acque raccolte in modo discreto lungo gli anni esaminati. Saranno determinati, tramite l’utilizzo di due diversi modelli (legge cubica di Darcy e modello frattale), la porosità effettiva del sistema di flusso fratturato, caratterizzando la geometria del reticolo di fratture. Il confronto tra i due modelli mostrerà che la distribuzione della rete di fratture può essere rappresentata tramite un modello frattale, dove gli elementi ad ampiezza maggiore (0,005 m) sono in numero piccolissimo rispetto alle fratture con ampiezza minore (0,0001 m). L’analisi delle curve di recessione della portata hanno mostrato che la risposta idrologica dello stillicidio dipende dalle condizioni di saturazione precedenti l’evento infiltrativo, evidenziando il fenomeno del pistonaggio. I principali eventi di infiltrazione interagiscono con le acque residenti nella rete di fratture solo tramite la manifestazione dell’onda di pressione che rimobilizza l’acqua di ristagno, senza causare mixing tra le acque di neoinfiltrazione e quelle già presenti.