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Geologia, sismica e suoli

Studio della conoide alluvionale del fiume Reno per la realizzazione di un modello idrogeologico per la gestione sostenibile delle risorse idriche

Rapporto finale sui risultati ottenuti, l'analisi delle criticità evidenziate e le valutazioni conclusive. Elaborazione a cura della Direzione di Progetto (marzo 2007)

Questo rapporto sintetizza uno studio relativo alle risorse idriche sotterranee contenute nella conoide alluvionale del fiume Reno, in provincia di Bologna. Tale studio è stato realizzato grazie ad una collaborazione tra la Regione Emilia Romagna, la Provincia di Bologna, il Comune di Bologna, l’Autorità di Bacino del Reno ed HERA s.p.a., che nel 2001 hanno firmato un apposito Protocollo di Intesa. L’importo complessivo messo a disposizione dagli Enti coinvolti è stato di 230.000 euro, la Regione Emilia-Romagna ha contribuito per 175.000 euro.
Nel suo complesso, lo studio ha dato un importante impulso al miglioramento delle conoscenze sull’argomento, tramite la raccolta e riorganizzazione dei dati pregressi, la acquisizione di nuovi dati, e l’elaborazione di modelli fisici e matematici sul sistema idrogeologico nel suo complesso.
La sintesi qui proposta si giova della documentazione prodotta appositamente dagli enti coinvolti durante la realizzazione di questo lavoro. Tra questa documentazione si segnala in particolare la relazione “Studio della conoide alluvionale del fiume Reno per la realizzazione di un modello idrogeologico per la gestione sostenibile delle risorse idriche”, realizzata da ARPA Sezione Provinciale di Bologna e Ingegneria Ambientale, su incarico della Regione Emilia-Romagna e dell’Autorità di Bacino del Reno.
Lo studio realizzato permette di dare sin da subito alcune indicazioni di carattere pratico sulla gestione della risorsa idrica nella area della conoide del Reno e di indirizzare alcuni ulteriori approfondimenti specifici.

1. Risultati ottenuti

1.1. - La comprensione della struttura geologica della conoide alluvionale del Fiume Reno e la definizione dello schema di flusso delle acque sotterranee al suo interno.

La realizzazione di numerose sezioni geologiche e cartografie di sottosuolo ha permesso di avere un quadro esaustivo della struttura tridimensionale della conoide alluvionale del fiume Reno.
Nelle sezioni geologiche e nella carte geologiche realizzate vengono descritti i tre gruppi acquiferi A, B e C, ed i complessi acquiferi A0, A1, A2, A3 ed A4.
I gruppi acquiferi A e B sono costituiti da depositi alluvionali, in cui si alternano sedimenti grossolani e fini, ciascuna coppia grossolano-fine definisce un complesso acquifero. All’interno di ciascun complesso acquifero i depositi più fini si concentrano nella porzione inferiore, mentre nella parte alta prevalgono le litologie più grossolane; qui troviamo grandi spessori di ghiaie amalgamate che costituiscono estesi corpi tabulari, corrispondenti ad ampie conoidi alluvionali sepolte.
Nel gruppo acquifero C sono invece presenti depositi marino costieri costituiti prevalentemente da sabbie.
L’analisi congiunta dei dati geologici e delle informazioni idrogeologiche disponibili, grazie principalmente alla rete di monitoraggio delle acque sotterranee della Regione Emilia-Romagna, ha permesso di definire le modalità del flusso delle acque sotterranee nella conoide del fiume Reno.

Conoide Reno  

Figura 1 - Schema di flusso delle acque
nella conoide del Fiume Reno  

 

Nella zona più a sud, dove sono presenti ghiaie a partire dal piano campagna per spessori di decine di metri, la conoide è costituita da un unico acquifero freatico. Questo areale rappresenta la zona di ricarica massima di tutto l’acquifero, dove le acque superficiali (principalmente le acque di fiumi e torrenti, e le acque di pioggia) possono infiltrarsi nel sottosuolo ed alimentare la conoide. Proseguendo verso nord, con relazioni geometriche complesse, queste ghiaie si separano per interposizione di depositi fini via via più spessi, che fungono da acquitardi e separano tra loro diversi acquiferi. Verso nord si sviluppa quindi un acquifero multistrato, con falde profonde confinate o semiconfinate; in questi settori solamente le porzioni più superficiali (acquifero A0 ed A1) sono sede di un acquifero freatico in contatto con le acque di superficie, mentre le falde profonde tendono ad esserlo sempre meno.
Il forte prelievo idrico operato sulle falde più profonde induce una depressione che richiama acqua verso il basso. Pertanto l’acqua viene “risucchiata” negli acquiferi profondi attraverso le porzioni fini che separano gli acquiferi stessi, o forse anche attraverso vie preferenziali costituite da pozzi mal realizzati. La depressione piezometrica richiama acqua nella conoide del Reno anche dai lati ovest, est e nord (figura 1).

1.2. - L’implementazione del modello matematico del flusso delle acque sotterranee nella conoide

Sulla base di tutte le informazioni disponibili è stato realizzato un modello di flusso tridimensionale delle acque sotterranee della conoide del Reno. L’area di studio è stata suddivisa in maglie di 500 metri di lato sull’orizzontale e 70 piani sulla verticale, per un numero complessivo di oltre 100.000 celle.

 

Figura 2 - Distribuzione della piezometria in tre intervalli temporali lungo la sezione evidenziata in giallo a destra. Si noti come il flusso da nord sia aumentato nell’intervallo di tempo considerato. Tratto da "Studio della conoide alluvionale del fiume Reno per la realizzazione di un modello idrogeologico per la gestione sostenibile delle risorse idriche." ARPA 2005, modificato

 

A ciascuna di queste celle sono stati attribuiti i parametri idrogeologici necessari per lo sviluppo del modello che è stato realizzato in regime transitorio nell’intervallo temporale 1983¿1998, con cadenza annuale. Il modello, opportunamente tarato con le misure disponibili, ha permesso di calcolare in ognuna delle celle del dominio, per tutti gli anni di simulazione, il valore della piezometria. Sulla base della discreta disponibilità di informazioni, la taratura che è stata realizzata di questo modello può essere considerata di ottimo livello.
In termini di bilancio idrogeologico la ricarica media al netto dei contributi laterali, dalla superficie nel periodo di simulazione è stata calcolata in 1.6 m3/sec, mentre il prelievo totale da pozzo risulta essere 1.8 m3/sec. Il deficit idrico che risulta (0.2 m3/sec), per poter essere bilanciato, richiede un richiamo di acqua proveniente dai bordi del sistema. La figura 2 illustra la progressiva diminuzione dei valori piezometrici nel tempo nella parte centrale della conoide, e il conseguente aumento del flusso di acqua dal bordo nord del sistema, a compensazione del deficit idrico.

Il modello evidenzia inoltre una riduzione dell’immagazzinamento della conoide, ovvero un calo della quantità di acqua residente nel sistema idrogeologico, messo in luce anche da un certo allargamento del cono di depressione della piezometria.
In sintesi il modello di flusso mette in luce e precisa il fatto che nel corso degli ultimi decenni è stata prelevata più acqua di quanto l’intero sistema acquifero fosse in grado di recuperare attraverso i suoi naturali meccanismi di ricarica.

1.3. - L’implementazione del modello matematico della subsidenza

E’ stato messo a punto un modello matematico della subsidenza che consiste in un software appositamente realizzato che, sulla base di una serie di dati di partenza tra cui alcuni risultati del modello di flusso, calcola per ogni punto della zona di studio il valore dell’abbassamento del suolo.
La modellazione ha permesso di definire il contributo alla subsidenza dei diversi acquiferi individuati. Come indicato nella figura 3, secondo il modello il contributo maggiore è dovuto alla porzione più superficiale che contribuisce per il 24 % del totale (complesso acquifero A0 e A1 i primi 100 metri circa), ed alla porzione più profonda che contribuisce per il 22 % del totale (gruppo acquifero B, sino a 450 metri circa). In questi stessi acquiferi il prelievo idrico medio annuo risultante dal modello di flusso è di 11,3 milioni di metri cubi per l’acquifero A0 e A1, e di 27,1 milioni di metri cubi per il gruppo acquifero B. Come si vede quindi il prelievo di A0 e A1 è meno della metà di quello in B, ma secondo i risultati del modello induce una subsidenza del tutto simile (anzi leggermente maggiore).
In A0 e A1 (i primi 100 metri di sottosuolo circa), sono presenti la gran parte dei pozzi agricoli presenti nella zona di studio (circa 1000, ovvero l’85 % del totale dei pozzi agricoli). E’ inoltre probabile che in questa fascia di profondità si concentrino quasi tutti i pozzi domestici (dati i minori costi di realizzazione), che attualmente sfuggono al controllo delle amministrazioni locali.

Figura 3 - Contributi dei 3 diversi gruppi acquiferi alla subsidenza complessiva in termini di percentuale di volume compattato e di percentuale di volume d’acqua sottratta per il consolidamento (periodo 1983-1999). Come si vede dai valori in tabella, i valori massimi di consolidazione sono riferiti all’acquifero A0 e A1 ed all’acquifero B. Tratto da "Studio della conoide alluvionale del fiume Reno per la realizzazione di un modello idrogeologico per la gestione sostenibile delle risorse idriche." ARPA 2005, modificato.

Nel gruppo acquifero B insistono invece pochi pozzi, prevalentemente ad uso acquedottistico e industriale.
Va in ogni caso sottolineato che a tutt’oggi non è del tutto chiaro quanta parte della subsidenza dovuta al compattamento dell’acquifero A0 e A1, sia da mettere in relazione al prelievo idrico in questi acquiferi, e quanta parte sia invece dovuta al “risucchio” verso il basso (drenanza), indotto dai prelievi idropotabili e industriali.

1.4. - La messa in opera di due assestimetri

Al fine di avere delle misure dirette della subsidenza sono stati istallati due assestimetri in comune di Castelmaggiore (Bologna), in una delle zone più subsidenti dell’intera area di studio.
I due assestimetri sono ancorati uno a 100 metri di profondità, l’altro a 200 metri di profondità e consentono pertanto di misurare con cadenza oraria la compattazione dell’intervallo tra 0 e 100 metri dal piano campagna, tra 0 e 200 dal piano campagna, e, per differenza, tra 100 e 200 metri. I due assestimetri sono stati istallati nell’aprile 2005, quindi sono ora disponibili (gennaio 2007), oltre un anno e mezzo di letture.

 

Figura 4 - Grafici tempo/abbassamenti dei due assestimetri | ingrandisci figura | jpg, 99Kb

 

La figura 4 evidenzia che, dopo alcuni andamenti poco comprensibili dovuti probabilmente ad un certo assestamento iniziale, in entrambi gli assestimetri si nota un andamento sinusoidale del fenomeno. In particolare si osserva un iniziale abbassamento primaverile ed estivo, una breve stasi, poi un innalzamento autunnale, una ulteriore stasi invernale e primaverile, un nuovo abbassamento estivo, e poi una stasi autunnale ed invernale.
La concomitanza di abbassamenti e sollevamenti del suolo con il variare delle stagioni, potrebbe indicare che il fenomeno è influenzato anche da variazioni stagionali dello stato fisico del terreno di posa sul quale insiste il manufatto di alloggiamento degli assestimetri, con essiccamento durante i periodi siccitosi, imbibizione nei periodi umidi, e conseguenti ripercussioni negative e positive sulle letture. In quest’ottica è importante evidenziare che durante questa ultima stagione autunnale-invernale (una delle più siccitose degli ultimi decenni), gli assestimetri non hanno registrato gli stessi innalzamenti di suolo letti nella stagione precedente. Ciò costituisce anche prova di una sostanziale correttezza delle misure effettuate dagli assestimetri.

E’ in ogni caso importante rimarcare che gli abbassamenti sono sempre avvenuti solamente in primavera ed in estate.
In via del tutto preliminare si può tentare di stimare la velocità di subsidenza effettiva del suolo durante un anno di osservazioni, paragonando i valori dell’agosto 2005 con quelli dell’agosto 2006, questo intervallo di tempo permette di scartare le prime parti delle curve, che mostrano come detto andamenti poco chiari. In questo modo si evidenzia un abbassamento netto del terreno di 6 millimetri per i primi 200 metri (complesso acquifero A0, A1, A2 e A3), e di 4 millimetri per i primi 100 metri (complesso acquifero A0 e A1).
Si ritiene tuttavia che il fenomeno non sia al momento del tutto chiaro, e che necessiti pertanto di opportuni approfondimenti per una sua migliore comprensione, anche perché se si calcolassero i tassi di subsidenza annui considerando altri intervalli temporali (ad esempio l’intero intervallo di osservazione), i valori risulterebbe diversi.
Paragonando ora questi dati con le misure disponibili della rete di monitoraggio della subsidenza della Regione Emilia-Romagna si può osservare che il caposaldo n° 051110, ubicato a circa 200 metri dagli assestimetri, nel periodo dal 1999 al 2005 ha una velocità di subsidenza media di 20,6 mm all’anno. Questa misura corrisponde all’abbassamento complessivo del suolo a carico di tutto lo spessore di sedimenti sottostanti (dell’ordine di qualche centinaio di metri per i sedimenti quaternari continentali).
Se utilizziamo questo valore integrandolo ai dati degli assestimetri, avremmo che rispetto all’abbassamento totale di 20,6 mm: i primi 100 metri di suolo contribuiscono per 4 mm (il 20 %), l’intervallo tra 100 a 200 metri contribuisce per 2 mm (il 10%), mentre tutto il restante spessore di terreno sottostante contribuisce per i restanti 11,6 mm (il 70%).
Facendo riferimento ai complessi acquiferi, i complessi A0 ed A1 contribuiscono per il 20 % al totale della compattazione, i complessi A2 ed A3 per il 10 %, mentre il restante 70 % della compattazione avviene a carico del complessi acquifero A4 e del gruppo acquifero B e C.
Questi percentuali non sono tanto diverse da quelle ottenute per gli stessi spessori di terreno con la modellazione matematica della subsidenza (vedi la figura 3), a confermare una certa aderenza con la realtà fisica dei modelli realizzati.

 

2. Analisi delle criticità evidenziate

Nonostante la sua taratura sia complessivamente buona, durante la realizzazione del modello di flusso delle acque sotterranee si sono evidenziati problemi relativamente ai seguenti punti.

  1. Difficoltà nel determinare l’effettiva entità dei prelievi da pozzo.
    Ai fini della modellazione effettuata (che si riferisce al periodo dal 1983 al 1998), è sicuramente molto improbabile riuscire ad avere dei dati migliori di quelli utilizzati relativamente alla valutazione dei prelievi. Si ricorda che il prelievo acquedottistico è noto con precisione, mentre il prelievo agricolo e industriale è stato ottenuto tramite stime, nell’ambito del Piano di Tutela delle Acque della Regione Emilia-Romagna. Sarebbe tuttavia opportuno poter migliorare per il futuro le conoscenze su questo importante aspetto, in primis attraverso l’istallazione di contatori in tutti i pozzi extradomestici.
  2. Poca attendibilità del valore degli scambi idrici fiume – falda.
    Si ritiene possibile migliorare la comprensione di questo fenomeno attraverso un apposito studio (vedi paragrafo 3.2).
  3. Basso numero dei punti di misura della rete di monitoraggio della piezometria rispetto al volume complessivo del serbatoio.
    Ai fini della modellazione effettuata (che si riferisce al periodo dal 1983 al 1998), è sicuramente molto improbabile riuscire ad avere dei dati migliori di quelli utilizzati.

Per quel che riguarda invece la realizzazione del modello di subsidenza, va sottolineato che la complessiva poca disponibilità di dati di controllo, fa si che il campo di incertezza dei risultati ottenuti resti decisamente elevato.

In particolare si sono evidenziati problemi relativamente a:

  1. Pochi dati disponibili sulla compressibilità dei sedimenti.
    I valori disponibili sono pochi, e riferiti solamente alle prime decine di metri di profondità. Acquisire ulteriori dati è possibile ma molto costoso, dato che occorrerebbe prelevare ed analizzare campioni di terreno posti ad alcune centinaia di metri di profondità.
  2. Pochissimo controllo sul contributo alla subsidenza in funzione della profondità.
    Questi dati sono disponibili solo grazie ai pochi assestimetri disponibili ( 5 in totale di cui 2 ancora oggi attivi). In questo caso il problema è quello degli alti costi di istallazione di questi strumenti.
  3. Mancanza della piena comprensione dei fenomeni che regolano l’andamento della subsidenza misurata nei due assestimetri istallati, e loro relazione con il regime dei prelievi.
    Si ritiene possibile migliorare la comprensione di questo fenomeno attraverso un apposito studio (vedi paragrafo 3.2).

 

 

3. Valutazioni conclusive

I modelli elaborati mostrano in modo chiaro che nel periodo studiato si è evidenziato un deficit idrico tra prelievi e ricarica valutato 0.2 metri cubi al secondo. Questo deficit ha causato l’abbassamento della piezometria, l’allargamento del cono di depressione piezometrica, e la subsidenza nella conoide del fiume Reno. E’ quindi evidente che si è prelevata troppo acqua dal sottosuolo.

 

3.1. - Misure proposte

I risultati esposti evidenziano che una parte importante della subsidenza (circa il 25 % del totale) avviene a carico dei primi 100 metri di profondità, ovvero negli acquiferi A0 e A1. La fascia di profondità dei primi 100 metri è quella in cui si concentra il prelievo agricolo e quello domestico, che in parte sfugge al controllo dell’amministrazione regionale. Non è a tutt’oggi chiaro quanta parte di questa subsidenza sia da mettere in relazione al prelievo idrico in questi acquiferi, e quanta parte sia invece dovuta al “risucchio” verso il basso (drenanza), indotto dai prelievi idropotabili e industriali negli acquiferi sottostanti. In ogni caso, con questo livello di incertezza, pare cautelativo proporre sin da subito una maggiore attenzione ai pozzi domestici, effettuando un loro censimento con la successiva costituzione di una banca dati georeferenziata, regolamentandone la perforazione in modo più attento, e comunque evitandone l’abuso.
Valori di subsidenza, che a tutt’oggi sono ancora di alcuni centimetri all’anno, devono indirizzare in accordo con il Piano di Tutela delle Acque Regionale l’uso della risorsa verso la diminuzione complessiva dei prelievi, attraverso il risparmio, il riciclo, il riutilizzo; la pianificazione e realizzazione di acquedotti industriali e agricoli, e la disincentivazione di impianto di colture idroesigenti non compatibili con le attuali disponibilità idriche.
Al fine di acquisire dei dati più solidi sull’entità dei prelievi di acque da sottosuolo su un areale così stressato, si suggerisce di disporre l’istallazione di contatori in tutti i pozzi extradomestici (compresi quelli agricoli, attualmente non prevista tra le norme del Piano di Tutela delle Acque Regionale), e di prevedere le modalità per la gestione del flusso di questi dati.
Bisogna inoltre sottolineare che per quel che riguarda la distribuzione dei prelievi nelle tre dimensioni, i risultati del modello si fondano sui dati del catasto pozzi. Questi dati, come noto, sono in gran parte frutto di auto dichiarazioni, in quest’ottica, al fine di aumentare la solidità di questi dati, sarebbe necessario poter intensificare i controlli in fase di rilascio e rinnovo delle concessioni.

Bibliografia essenziale sulla conoide del Fiume Reno

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Pubblicato il 14/05/2015 — ultima modifica 14/05/2015
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