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Articolo pubblicato il 17-12-2005
Autore: Roberto de Franco e Giancarlo Biella
Istituto per la Dinamica dei Processi Ambientali
Via Mario Bianco 5 - 20131, Milano
Hanno collaborato alla ricerca: A. Corsi, A. Morrone, A. Lozej e G. Boniolo
Numero 23 - Anno 3 17 Dicembre 2005
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Monitoraggio del cuneo salino nella laguna Veneta mediante tecniche tomografiche
Riassunto
Nell'ambito di un progetto di ricerca del CORILA (COnsorzio di RIcerche nella LAguna Veneta )
è stato pianificato un esperimento che consentirà lo studio delle variazioni delle caratteristiche fisiche dell'intrusione salina indotte da cause naturali ed antropiche in un'area test della laguna veneta meridionale presso Chioggia. Uno strumento dedicato in grado di effettuare automaticamente e nel tempo tomografie geo-elettriche del sottosuolo acquisirà i dati di base per studiare le oscillazioni del cuneo salino dalla scala oraria-giornaliera a quella stagionale . L'acquisizione dati è iniziata all'inizio di novembre 2005 e durerà per circa un anno. L'esperimento di monitoraggio elettro-tomografico è integrato con altri dati e misure in sito di tipo geo-elettrico, geologico, geochimico e isotopico.
Abstract
In the framework of a research project of the CORILA (COnsorzio di RIcerche nella LAguna Veneta ) an experiment has been planned in order to study the variations of the physical characteristics of the salt intrusion induced by natural and anthropic causes in an area test of the southern Venice lagoon near Chioggia. In order to monitor the resistivity variations of the salt-water intrusion a dedicated instrumentation has been installed in the test area. It will allow to acquire time variant geo-electrical tomographies of the subsurface with a time scale ranging from hourly, daily to seasonal. The acquisition started at the beginning of November 2005 and will last for approximately a year. The experiment of electro-tomographic monitoring is integrated with other geologic, geo-chemical and isotopic data and in situ water electrical conductivity measurements.
Links
www.corila.it
La laguna di Venezia è un ecosistema complesso, con la presenza d'insediamenti storici e un patrimonio culturale unico al mondo e la presenza d'importanti insediamenti produttivi turistici, industriali, agricoli e della pesca. Dal punto di vista geologico-ambientale l'area è soggetta a diversi processi concorrenti e tra loro interagenti. Basti pensare al fenomeno della subsidenza, a quello dei flussi e scambi di acqua tra mare aperto, la laguna e le acque superficiali e di falda, al processo d'accumulo dei sedimenti nell'area limite mare terra e ai processi biologici che nella laguna hanno sede. In particolare, la salinizzazione di alcune parti dei terreni superficiali e profondi costituisce un problema per la produzione agricola e per la gestione della risorsa idrica in generale.
Il CORILA (COnsorzio di RIcerca LAguna Veneta) nel Programma di ricerca 2004-2007 ha varato dei progetti finalizzati allo studio sistematico dei diversi aspetti coinvolti in tale sistema complesso. Tra questi, un progetto di ricerca è rivolto allo studio dei flussi delle acque sotterranee mediante traccianti isotopici naturali e la tomografia elettrica. Il progetto di ricerca vede coinvolti ricercatori e tecnici italiani del Consiglio Nazionale delle Ricerche (IDPA: Istituto per la Dinamica dei Processi Ambientali e ISMAR: Istituto di Scienze del Mare) e francesi dell'omologo CNRS (CEREGE: Centre Européen de Recherche et d'Enseignement des Géosciences de l'Environnement), della Provincia di Venezia e del Consorzio di Bonifica Adige-Bacchiglione che ha provveduto al supporto logistico-sperimentale.
Il progetto prevede un campo prova, presso Chioggia nella parte meridionale della Laguna di Venezia
Fig 1 - Ubicazione dell'esperimento tomografico ( su supporto GOOGLE EARTH 2005). Lungo il profilo tomografico sono stati installati dei piezometri per effettuare misure sul livello di falda e sulla conducibilità elettrica dell'acqua. Inoltre sono stati perforati due pozzi profondi che consentono il campionamento delle acque delle falde profonde individuate rispettivamente tra 15 e 20 m e tra 45 e 50 m.
In tale campo prova è installato un sistema automatizzato, con controllo remoto, in grado di effettuare nel tempo delle elettro-tomografiche di resistività del terreno, con profondità di investigazione fino a circa 70 m. Nella figura 2 si riporta uno schema di esecuzione di una misura geoelettrica. La tomografia di resistività tempo variante consentirà la caratterizzazione dell'intrusione salina in prossimità della laguna, lungo una sezione che si estende perpendicolarmente alla costa. In particolare l'elettro-tomografia monitorerà nel tempo le variazioni (dalla scala oraria-giornaliera a quella stagionale), delle caratteristiche fisiche dell'intrusione salina indotte dalle variazioni di marea rilevanti, dalle precipitazioni e dalle operazioni di drenaggio/pompaggio eseguite dal consorzio di bonifica. Nella figura 3 si riporta uno schema semplificato dei flussi delle acque sotterranee e superficiali. Tale esperimento, sempre nell'area del campo prova
Fig. 2 - Schema di una misura geoelettrica. La singola misura necessita di quattro elettrodi: in verde e rosso elettrodi attraverso cui viene immessa corrente nel terreno, in viola gli elettrodi su cui si misura la caduta di potenziale. In grigio sono riportate le superfici equipotenziali e in rosso le linee di corrente. Variando le distanze relative (r1, r2, r3 ed r4) tra gli elettrodi si possono indagare profondità diverse. La resistività apparente misurata alla superficie è ottenuta mediante la relazione K*V/I dove K è un fattore geometrico dipendente dalla distanze relative elettrodiche, V è la caduta di tensione misurata e I la corrente misurata. L'acquisizione elettro-tomografica consta di una sequenza di misure su configurazioni elettrodiche quadripolari contigue lungo tutto il profilo, nel caso specifico 830, e con interdistanze elettrodiche crescenti per indagare livelli di profondità crescenti.
è integrato con misure in pozzi superficiali e profondi della conducibilità elettrica delle acque, con analisi geochimiche e con l'analisi dei traccianti isotopici naturali che consentono di caratterizzare il tipo d'acqua (salata o dolce) coinvolta nel processo di flusso sotterraneo. I dati areali aggiuntivi di monitoraggio delle precipitazioni, della marea, dei livelli delle falde e dei canali di bonifica e dei fiumi completano l'insieme di misure che saranno acquisiti nel sito test di Chioggia.
L'esperimento tomografico, che ha previsto un parte di sviluppo tecnologico di una strumentazione dedicata (realizzata da CNR-IDPA) e una fase di test e calibrazione nel corso del 2004 e 2005, è attivo dall'inizio del mese di novembre 2005
Fig. 3 - Schema semplificato dei flussi delle acque sotterranee e superficiali nella zona limite laguna-terra ferma. Le zone in giallo indicano porzioni di terreno (o strati) a bassa conducibilità idraulica e/o parzialmente impermeabili. L'ellisse in trasparenza indica la zona limite dell'intrusione salina. In basso si riporta una scala semplificata del tipo di acqua e della resistività elettrica relativa
Fig. 4 - Particolare della strumentazione con indicazione dei diversi moduli che la costituiscono. La strumentazione può gestire fino a 255 elettrodi.
Fig. 5 - Immagine dello stendimento tomografico (vista inizio profilo dal lato laguna verso sud). Ogni scatola a tenuta stagna contiene un elettrodo indirizzabile connesso a terra mediante un picchetto in acciaio inox. Lo stendimento di misura utilizzato consta di 81 elettrodi.
Fig. 6 - Immagine dello stendimento tomografico (vista dalla strumentazione verso sud)
La strumentazione consente di acquisire due tomografie con diverse scale di risoluzione, con cadenza di cinque ore, e se ne prevede il suo funzionamento per almeno un anno. La prima acquisizione permette di ottenere una tomografia di tutta la sezione, lunga 300 m, fino a circa 70 m di profondità con una risoluzione idonea a identificare la base della intrusione salina, posta a profondità variabili tra 25 m e 35 m, e la sua estensione laterale (fig. 7). La seconda campiona la porzione di sezione, di circa 100 m, più prossima alla laguna che dista 400 m( fig. 8). Essa campiona le variazioni del tetto, posto a profondità comprese tra 2.5 m e 4 m, dell'intrusione salina che in tale area presenta i valori di resistività dei terreni più bassi (0.5-1.5 ohm*m), riferibili a saturazione dei terreni con acqua salata.
Fig. 7 - Tomogramma relativo alle misure di resistività con interdistanza elettrodica 5m a media risoluzione di tutto il profilo (300 m di lunghezza) registrato il 20/11/2005 alle ore 1 e 45 am.
La sezione tomografica (pannello in basso) mostra chiaramente nella sua parte sinistra, (lato laguna), i valori di resistività più bassa, indice della presenza di terreno saturo di acqua principalmente salata e/o salmastra. Inoltre si può osservare l'andamento del letto della intrusione salina che si attesta a una profondità media di 35 m, eccetto che nella porzione a sinistra della sezione (lato laguna), dove l'intrusione salina sembra influenzare profondità maggiori. I valori di resistività maggiori di 7 ohm*m sono attribuibili ad acqua dolce (colori dal giallo al rosso).
I dati di resistività apparente registrati (pannello in alto) costituiscono l'input di una procedura iterativa di inversione. Tale procedura è equivalente a quella di best-fitting dei dati, come ad esempio la regressione lineare o la regressione multi-parametrica. La procedura ricerca il modello di resistività (pannello in basso) la cui risposta in resistività apparente calcolata (pannello centrale) ha residuo minimo rispetto ai dati di resistività apparente registrati (pannello in alto).
Fig. 8 - Tomogramma relativo alle misure di resistività con interdistanza elettrodica 2.5 m ad alta risoluzione dei primi 100 m del profilo registrato il 20/11/2005 alle ore 1 e 45 am.
Si osserva nella sezione tomografica (pannello in basso) il tetto, circa 2.5 m di profondità, della intrusione salina caratterizzata da valori relativamente bassi di resistività (0.5 ohm*m) che è confinata principalmente a sinistra della sezione, corrispondente al lato della laguna.
Bibliografia
Progetto ISES, 2003. "Il progetto ISES per l'analisi dei processi di intrusione salina e subsidenza nei territori meridionali delle provincie di Padova e Venezia. A cura di L. Carbognin e L.Tosi, Report CNR-Istituto Grandi Masse, Venezia.
A. Corsi, A. Morrone, P. Miglio, 2004. Test strumentale e comparativo dell'acquisitore di tomografia elettrica MANGUSTA effettuato al Parco Lambro di Milano. Rapporto interno IDPA-CNR, Milano, 2004.
A. Morrone, 2003. Funzionamento Hardware del sistema elettro-tomografico MANGUSTA. Rapporto interno IDPA-CNR, Milano, 2003.
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Autore: Roberto de Franco e Giancarlo Biella
Istituto per la Dinamica dei Processi Ambientali
Via Mario Bianco 5 - 20131, Milano
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