Metodi di studio

I metodi di studio

In questi anni più recenti diversi gruppi di studio sulla subsidenza in Emilia-Romagna si sono orientati verso l’analisi del fenomeno legato ai prelievi di acqua (per uso agricolo, industriale e acquedottistico) sulla base di modelli matematici che consentono di quantificare i processi in corso, di valutare i possibili scenari futuri e, quindi, di individuare le strategie di intervento più efficaci (Gambolati et al., 1991). La creazione di questi modelli richiede la conoscenza di tutti i fattori fisici che controllano il fenomeno di abbassamento del suolo quali: l’entità dei prelievi d’acqua, la dinamica dei flussi nel sottosuolo e la struttura geologica del terreno. Il Servizio Geologico Sismico e dei Suoli, occupandosi specificamente dell’architettura geologica del territorio, si è così preposto di mettere a disposizione le proprie conoscenze per elaborare il modello geologico del sottosuolo della regione ai fini dell’analisi della subsidenza. Queste conoscenze comprendono principalmente: l’individuazione dei principali corpi geologici, la loro geometria tridimensionale e le loro caratteristiche litologiche e geotecniche (la geologia di pianura).
Sulla base di quest’analisi il Servizio è anche in grado di mettere a punto un programma di monitoraggio di sottosuolo in aree critiche.

L’analisi geologica a scala di bacino

Costituisce la fase preliminare e di inquadramento del lavoro. Essa beneficia dei numerosi studi di carattere regionale effettuati per l’area di pianura e può essere così sintetizzata:

• La raccolta di tutti i dati stratigrafici, geotecnici, geofisici, idrogeologici, ecc. disponibili per il territorio regionale e la loro omogeneizzazione e riorganizzazione ai fini dell’analisi geologica del sottosuolo ( banca dati geognostica).
• L'analisi integrata delle linee sismiche per l'esplorazione petrolifera, dei dati geofisici di pozzo (di provenienza ENI-AGIP) e l'analisi stratigrafica dei pozzi di estrazione d'acqua più profondi (Fig.1).
• La definizione dell'architettura geologica del bacino Padano, la rappresentazione in 3D delle superfici stratigrafiche e dei corpi geologici principali (Fig. 2) e la stima della velocità di accumulo del sedimento (tasso di sedimentazione) alla scala delle decine e centinaia di migliaia di anni (Fig. 3)

Fig.1 Linea sismica per l'esplorazione petrolifera e relativa interpretazione stratigrafica e strutturale tracciata attraverso la pianura romagnola. Interpretazione su dati ENI-AGIP autorizzati alla divulgazione.

Fig.2 Cartografia dello spessore del gruppo acquifero più sfruttato nel sottosuolo della pianura (Gruppo Acquifero A) rappresentata attraverso linee e colori di uguale spessore (isopache) e sezione geologica delle principali unità acquifere (in colore).

(13.01 KB)

Fig. 3 Distribuzione della velocità di accumulo del sedimento (tasso di sedimentazione) calcolato per gli ultimi 600.000 anni di evoluzione della Pianura Padana. Per intervalli di tempo di osservazione così lunghi l'abbassamento del suolo è condizionato in gran parte dalla geometria delle strutture geologiche profonde presenti al di sotto dei depositi alluvionali. I valori massimi possono raggiungere anche 1mm per anno.

Fig.4 Esempio di griglia di sezioni geologiche utilizzato per lo studio dell'area bolognese.

La definizione del modello stratigrafico di dettaglio

E' la parte di studio più articolata e fortemente condizionata dalla disponibilità di informazioni alla scala locale. Essa beneficia di tutte quelle analisi geologiche di sottosuolo eseguite per la cartografia geologica di pianura e consta di:

• La creazione di una griglia di sezioni geologiche a maglie perpendicolari che utilizzi tutti i dati disponibili a qualunque scala. La spaziatura della griglia può variare dalle centinaia di metri a qualche chilometro a seconda della densità delle informazioni) (Fig. 4).
• L'esecuzione di sondaggi a carotaggio continuo (profondi da 40 a oltre 200 m) nei punti chiave o il riesame dei sondaggi già eseguiti per altri progetti (Fig. 5). Tale riesame, finalizzato all'analisi della subsidenza, riguarda le caratteristiche litologiche, geotecniche e idrogeologiche dei sedimenti attraversati nella perforazione. Nella Fig.6 sono indicate le analisi comunemente eseguite su questi carotaggi.

(32.63 KB)

Fig.5 La foto illustra una distesa di casse in cui sono contenuti i terreni prelevati da un sondaggio di sottosuolo. I risultati della loro osservazione sono rappresentati in un profilo verticale (colonna stratigrafica di dettaglio) avente per ordinata la profondità dal piano campagna e per ascissa la granulometria.

(27.3 KB)

Fig.6 La tabella ed i diagrammi rappresentano i risultati di alcuni tipi di indagini specifiche eseguite durante la perforazione dei sondaggi e sui campioni di terreno estratti che consentono di definire i parametri utili alla comprensione della subsidenza. Nella figura sono indicate le analisi comunemente eseguite su questi carotaggi.

La raccolta dei dati disponibili sulle misure di livello delle acque sotterranee nei pozzi (piezometrie) derivanti sia dall'apposita rete regionale di controllo ,che da eventuali studi specifici, nonché la loro collocazione nel quadro idrostratigrafico locale.

• La raccolta di dati sui prelievi idrici per quantificare i volumi d'acqua estratti e la loro distribuzione nello spazio (sia in pianta che in profondità).
• La realizzazione di sezioni idrostratigrafiche di dettaglio che sintetizzino i dati acquisiti nelle fasi precedenti e ne predispongano la comprensione e rappresentazione tridimensionale (Fig.7)
• a creazione di carte di sottosuolo che descrivano e quantifichino la geometria dei principali corpi geologici.
• La definizione e la caratterizzazione degli aspetti stratigrafici, idrogeologici e geotecnici ai bordi del sistema (le condizioni al contorno) che supportino il modello di flusso dell’acqua nel sottosuolo
• La conversione dei dati stratigrafici e geometrici in formati idonei alla modellistica matematica (Fig. 8).

(137.5 KB)

Fig.7 Le sezioni geologiche e idrostratigrafiche consentono di sintetizzare l'insieme dei dati di sottosuolo ottenuti con i diversi tipi di indagine e rappresentarne la distribuzione in profondità.

Fig.8 Per utilizzare le sezioni geologiche nei modelli matematici per lo studio della subsidenza è necessario suddividere le informazioni contenute nelle sezioni in piccole celle con caratteri interni omogenei (discretizzazione del modello geologico) Tratto da ARPA (2003).

Fig.9 Esempio di assestimetro in grado di misurare e monitorare il cedimento del terreno alle diverse profondità per capire quale intervallo stratigrafico è responsabile dell’abbassamento del suolo per perdita di volume d’acqua.

Ove il programma di studio lo preveda, il Servizio Geologico Sismico e dei Suoli si occupa della messa in opera di sistemi di monitoraggio della subsidenza in profondità, con l'obiettivo di verificare quali siano gli intervalli stratigrafici del sottosuolo che registrano il costipamento del terreno (calo di volume), che sta alla base del fenomeno subsidenza. Questa messa in opera avviene con le seguenti modalità:

• La localizzazione più idonea per l’installazione di strumenti che misurino l’abbassamento del terreno nel sottosuolo a diversi livelli stratigrafici (gli assestimetri), in base ai risultati delle fasi appena descritte (Fig.9).
• L’esecuzione di carotaggi per l’installazione degli assestimetri alle profondità adeguate all’analisi del fenomeno.
• L’effettuazione del monitoraggio e l’analisi dei risultati strumentali.

Bibliografia

ARPA, - 2003. Studio della subsidenza antropica generata dall'estrazione di acqua di falda lungo la costiera emiliano romagnola. Rapporto tecnico, 269pp.

Carminati E., Dogliosi C. e Scrocca D. - 2006. I fragili equilibri della Pianura Padana. Le Scienze, 87-94.

Bitelli G., Monsignore F. e Ungendoli M. - 2000. Levelling and GPS networks to monitor ground subsidence in the southern Po valley. Journal of Geodynamics, 30, 355-369.

Bitelli G., Bonsignore F. e Vittuari L. - 2005. Il monitoraggio della subsidenza in Emilia-Romagna. Aquifer Vulnerability and Risk, 4th Congress on the Protection and Management of Groundwater, Reggio di Colorno PR, 21-23 Settembre 2005, 1-11.

Gambolati G., Ricceri G., Bertoni W., Brighenti G. e Vuillermin E. - 1991. Mathematical simulation of the subsidence of Ravenna. Water Resources Research, 27, 2899-2918.

Giudici, Ponzini & Vassena - 2004. Realizzazione di un modello preliminare di flusso delle acque sotterranee nella conoide alluvionale del Fiume Reno. Relazione sulla ricerca svolta nell'ambito della convenzione tra l'Università degli Studi di Milano e la Regione Emilia-Romagna. Servizio Geologico Sismico e dei Suoli, Regione Emilia-Romagna, 84pp.

Regione Emilia-Romagna, Autorità di bacino del Reno & ARPA - 2005. Studio della conoide alluvionale del fiume Reno per la realizzazione di un modello idrogeologico per la gestione sostenibile delle risorse idriche. Relazione finale, Assessorato Ambiente e Sviluppo Sostenibile, Regione Emilia-Romagna, 126pp.