Marcello Meneghin

Data di pubblicazione: 2002

PREMESSA

La captazione di acque sotterranee mediante pozzi tubolari è diventata, in questi ultimi anni, una delle principali fonti di alimentazione degli acquedotti  grazie alla facilità di reperimento di ottima acqua ed in grandi quantitativi che essa ha reso possibile. I problemi posti nella progettazione, costruzione ed esercizio delle opere  non sono però di facile risoluzione essendo estremamente difficile conoscere i fenomeni naturali che regolano la materia anche per effetto della grande varietà che si riscontra nel sottosuolo da una regione all’altra se non, addirittura, da una località a quella vicina. La letteratura tecnica detta alcune regole in ordine alla determinazione della potenzialità della falda, ai criteri da seguire per non depauperarla in maniera eccessiva ed infine per una sua regolare utilizzazione, regole spesso totalmente disattese  vuoi per tornaconto vuoi per incompetenza degli utilizzatori. Senza voler sminuirne l’importanza e la validità si indicano nel presente lavoro delle modalità pratiche di semplice attuazione augurandoci che, almeno queste, trovino applicazione nell’esercizio delle opere di presa in argomento.

DEFINIZIONI

Falda freatica: strato acquifero, di solito superficiale, nel quale il flusso dell’acqua ha luogo a pelo libero.

Falda artesiana: strato acquifero profondo nel quale il flusso idrico avviene in pressione essendo compreso tra strati impermeabili . La perforazione dello strato superiore ad opera del pozzo provoca la risalita dell’acqua verso l’alto, risalita tanto più elevata quanto maggiore è la pressione di falda. Quando la quota del suolo è inferiore al livello statico della falda artesiana, l’acqua è in grado di sgorgare da sola al suolo. Negli altri casi, e quando si vuole aumentare la portata,  l’emungimento deve essere effettuato tramite sollevamento meccanico.

Livello statico di falda: quota piezometrica dell’acqua di falda in corrispondenza del pozzo quando non si ha alcun emungimento dal pozzo medesimo.

Livello dinamico di falda: idem come al punto precedente quando ha luogo l’emungimento.

Depressione di falda: differenza tra livello statico e livello dinamico di falda. Esiste una relazione diretta tra portata e depressione di falda.

Curva caratteristica del pozzo: equazioni matematiche che definiscono la portata emungibile in funzione delle depressioni dinamiche di falda (curva Q/H).

Punto critico della curva caratteristica: è così chiamato il punto di flesso della curva caratteristica del pozzo. Esso definisce il limite massimo di sfruttamento consigliabile per il pozzo allo scopo di evitare il suo danneggiamento.

Cono  di depressione: volume d'acqua a forma  di  un  cono rovescio  che viene sottratto dalla falda a seguito  dell'emungi­mento del pozzo

CARATTERISTICHE GENERALI DEL POZZO

Forma specificatamente l'oggetto della presente nota il funziona­mento  idraulico del pozzo artesiano prescindendo  completamente dalle  sue  caratteristiche costruttive la  cui  descrizione  non viene  qui nemmeno  presa in conto. Basterà dire  che  il  pozzo tipico di cui si discute è formato da una canna per lo più metal­lica  di diametro variabile da 10 a 50 cm, con filtro  costituito da  semplice  fenestratura a ponte nel caso di  falda  in  ghiaia grossa e da rete speciale per pozzi negli altri casi, munito o no di  prefiltro  in ghiaia o sabbia grossa a seconda  delle  caratteristiche  dello strato  acquifero e per profondità variabili da 40 a 500  m.  Una sua caratteristica costruttiva fondamentale è data dal fatto  che il pozzo qui esaminato attinge acqua da una sola falda.

L'abitudine, purtroppo talvolta messa in atto dai perforatori, di aumentare  la  producibilità  inserendo nella stessa  canna  più filtri sovrapposti in corrispondenza di altrettante falde  costi­tuisce  un errore gravissimo in quanto mette in collegamento  tra di  loro falde aventi diverse caratteristiche di pressione  e  di qualità dell'acqua con possibili  gravissimi danni.  Qualora  si vogliano  sfruttare più falde è necessario costruire  altrettanti pozzi anche se ubicati uno vicino all'altro ma ognuno con prelie­vo  su una unica falda.

Elemento  fondamentale di conoscenza del pozzo in argomento è  la sua curva caratteristica cioè l'equazione matematica che lega  la portata  emungibile alla depressione di falda  necessaria  allo scopo,  lquazione avente, di solito,  le caratteristiche  rappre­sentate graficamente nel diagramma della fig. 1.

Sono  riportate nell'asse delle ascisse le portate emungibili  ed in  quello  delle ordinate i corrispondenti livelli di  falda  e definibili  in  duplice  modo: in quota assoluta  o  mediante  il dislivello  tra falda indisturbata e falda sottoposta ad  emungi­mento.  E'  quest'ultima grandezza definita con  termine  tecnico appropriato "depressione  di  falda" quella  da  utilizzare.  E' infatti noto come  il livello di una falda possa subire importanti variazioni nel tempo a causa della presenza di nuovi prelievi, di particolari condizioni metereologiche che modificano l’alimentazione di falda, ecc.ecc.. E’ quindi privo di senso definire la portata in funzione di valori variabili nel tempo. Al contrario è dimostrato come la funzione che lega la portata emunta con la depressione di falda sia una costante per il pozzo anche quando cambiano le condizioni intrinseche della falda stessa. Ad esempio se, nei periodi di  livello statico  è elevato, è necessario deprimere la falda di un metro per ottenere una portata di 20 l/sec, la stessa portata si otterrà in altra epoca quando il livello generale di falda si è abbassato per esempio di due metri: La sola condizione “sine qua non” è quella di utilizzare il pozzo, anche in quest’ultimo caso, con la stessa  depressione di un metro rispetto al livello statico del momento. La motivazione tecnica di tale corrispondenza và ricercata nel fatto che la portata emungibile dipende essenzialmente dalla scabrezza del mezzo (in questo caso lo strato ghiaioso) attraversato dall’acqua, scabrezza che non varia al variare del livello statico di falda. La modificazione della curva caratteristica può aversi solo in caso di mutamenti nella consistenza del materiale costituente lo strato acquifero (ad esempio a causa di franamento di alcune parti oppure in caso di modificazioni del filtro di presa, per effetto di incrostrazioni nella fenestratura della parete del pozzo o di depositi di materiale che ne ostruiscano la luce).

L’esame della curva caratteristica del pozzo presenta molti aspetti interessanti.

In primo luogo è da notare come la sua prima parte che va dal punto a (livello statico) al punto  b (punto critico della curva) sia caratterizzata da un andamento rettilineo (quando il materiale della falda è ghiaioso) o quasi rettilineo (in caso di strati acquiferi costituiti da materiali fini ) il chè sta ad indicare come la portata, limitatamente a tale tratto, sia direttamente proporzionale alla depressione, nel mentre la sua pendenza rispetto agli assi rappresenta la portata specifica emungibile con il pozzo.

Il rilievo del tratto di curva in questione, ripetuto ad intervalli regolari, dà la prova della buona conservazione del pozzo nel tempo o, in caso contrario, del peggioramento delle  condizioni dello strato acquifero nelle immediate vicinanze del pozzo o dello stato dei filtri.

Per avere l’indicazione delle  condizioni generali di falda occorre invece esaminare l’andamento nel tempo del livello statico di falda cioè del punto a. In regime normale tale livello dovrebbe subire soltanto variazioni cicliche dovute alle  condizioni climatiche della zona dove ha luogo l’alimentazione della falda e quindi, ad ogni diminuzione di quota verificantesi in periodi di siccità dovrebbe far sempre seguito un ritorno alle condizioni di quota iniziali. Quando invece le quote precedenti non vengono più ripristinate ma gli abbassamenti aumentano in progressione, si è in presenza di un degrado irreversibile, presumibilmente dovuto a nuovi importanti prelievi d’acqua dalla falda. Il provvedimento che normalmente si adotta per ovviare alla conseguente scarsità di portata, consiste in un progressivo abbassamento del livello dinamico assoluto di falda durante l’emungimento: ciò può aver luogo, in caso di sollevamento meccanico mediante aumento della prevalenza delle pompe, in caso di funzionamento a gravità mediante modifica della bocca di presa. E’ evidente che agendo in tal modo viene innescata una pericolosa spirale di depauperamento della falda in quanto ogni utilizzatore, in pratica, tutela il proprio prelievo sottraendo, tramite detto abbassamento di livello dinamico, una certa portata al vicino. La cosa, ripetuta più e più volte in ciascuna opera di presa esistente, finisce per danneggiare la falda, provocando modificazioni nella consistenza del materasso ghiaioso o sabbioso con i disastrosi risultati che si sono constatati in molte zone ricche di acqua di falda artesiana.

Continuando nell’esame della curva caratteristica del pozzo e precisamente della sua parte inferiore, si noterà come al termine della  parte rettilinea prima descritta sia presente una curva marcata cui fa seguito la parte finale caratterizzata da una pendenza molto accentuata e che tende, verso il basso, a diventare ancora più ripida. Tale stato di cose porta a concludere che il campo di lavoro del pozzo deve tassativamente essere quello rappresentato dal tratto rettilineo a-b . Infatti qualora si decidesse di spingere lo sfruttamento del pozzo verso portate superiori non si otterrebbero risultati soddisfacenti anzi, si arriverebbe al paradosso di non ottenere alcun aumento di portata nonostante i successivi aumenti di depressione. Le ragioni sono da ascriversi agli attriti del materasso permeabile o del filtro di presa del pozzo che presentano un limite  ben definito oltre il quale non bisogna andare. I risultati pratici che si otterrebbero in tali casi sono il danneggiamento della falda come ad esempio asporto di materiale sabbioso, frane del materiale permeabile e, in ogni caso, dispendio energetico.

La curva caratteristica di cui si discute diventa particolarmente utile  quando  sia da realizzare un intero campo  acquifero.  Le caratteristiche del terreno di falda sono infatti  variabilissime e,  alle volte, anche uno spostamento di alcune decine  di  metri nell'ubicazione di un pozzo può portare a risultati completamente diversi  da  quelli che ci si aspetta. E' allora  importante  far precedere  la costruzione di ogni nuovo pozzo dalla  comparazione delle curve caratteristiche di quelli precedentemente eseguiti  e spostare  il  cantiere  in continuazione  verso le  zone  che  si rivelano  migliori. Man mano che si procederà nei lavori  saranno in particolare da tenere sotto controllo la pendenza  del  primo tratto delle curve caratteristiche in quanto sicuro indice  della loro  portata  specifica nonchè la posizione  del  punto  critico poichè  da  essa dipende, come

spiegato, la  portata  emungibile. Qualora  un  pozzo denunci caratteristiche  chiaramente  peggiori degli altri,  sarà  necessario abbandonarlo non  prima  di  aver proceduto alla sua cementazione onde non depauperare  inutilmente la falda, e spostare le ricerche d'acqua in tutt'altra zona.

LE PROVE DI PORTATA

Ultimata  la costruzione di un pozzo ed eseguiti lo spurgo  ed  i lavaggi  continuati  fino ad avere la garanzia che il  filtro  di presa ed il cono di depressione sono stati depurati del materiale instabile ivi presente come sabbie fini e materiali usati per  la terebrazione  (fanghi  bentonitici ecc.) si deve dar  corso  alle prove di portata che sono di due tipi:

- prove iniziali da effettuare prima dell'inizio della  utilizza­zione  del pozzo e che sono necessarie per la  definizione  delle sue  caratteristiche;

-  prove  di controllo da effettuare ad  intervalli  regolari  di due/tre anni onde verificarne lo stato di conservazione.

Tenuto  presente  che ogni prelievo di acqua  sia  tramite  pompa sommersa  e sia, per i pozzi a risalienza naturale, tramite  sem­plice  apertura della saracinesca di presa, provoca, nella  falda di  attingimento,  delle modificazioni  dinamiche   estremamente variabili  nel tempo per cui la misura effettuata in tali  condi­zioni  di instabilità non darebbe alcuna indicazione  utile,  le regole da seguire tassativamente nelle operazioni di rilievo  del pozzo  impongono  che  l'emungimento della  portata  di  ciascuna misura  sia proseguito, senza alcuna ulteriore  manovra,  fintan­tocchè da almeno tre rilievi fatti in successione e ad intervalli più o meno lunghi a seconda delle caratteristiche della falda  ma in  ogni caso non inferiori ad quarto d'ora uno  dall'altro, non risultino valori di portata e livello assolutamente identici  tra di  loro. Ovviamente sono solo questi ultimi i valori  definitivi da utilizzare.

Una  prova  completa, sia del primo che del  secondo  tipo,  deve inoltre essere costituita da almeno 7 o 8 misure condotte secondo le regole citate e con la seguente successione.

Primo punto di misura.

Consiste  nella misura del livello statico da effettuare a  falda assolutamente indisturbata e quindi dopo un lungo periodo di  non utilizzazione del pozzo. Data l'importanza che riveste,  l'opera­zione deve essere effettuata con tutta la cura possibile. Si deve quindi operare tramite misura diretta evitando l'uso di strumenti

come i manometri che non offrono sufficienti garanzie di precisio­ne. In caso di pozzi a risalienza naturale si avrà cura di monta­re  un tubo di gomma trasparente verticale con l'estremità superiore  posta ad   altezza superiore al livello  massimo  raggiungibile  dalla  falda.  Invece il livello, anche molto profondo, all'interno del pozzo  può essere rilevato mediante semplice  introduzione  nella canna di  un tondino di ferro da cemento armato.

Misure seguenti.

Fissata la portata massima che si prevede di emungere dal  pozzo, si inizierà con un prelievo di circa un quinto di essa  ottenuto, nel caso di salienza naturale, mediante semplice apertura parzia­le della saracinesca di prelievo e, nel caso sia necessario l'uso di  una pompa sommersa, mediante avviamento della pompa  a  bocca chiusa  e  successiva apertura parziale della  saracinesca  posta nella  mandata. Saranno rilevati il livello falda e  la  portata emunta. Per  la  misura  del livello si adotteranno  le  stesse modalità descritte  per il rilievo del livello statico mentre  per  quella della portata sarà da preferire il metodo volumetrico  consisten­te nell'uso si un capace recipiente e di cronometro. In caso  di portate  rilevanti  è consentito l'uso di normali  misuratori  di portata preventivamente tarati.

Ultimata  la  prima misura si procederà in modo  analogo  per  le seguenti  4  con successive aperture della saracinesca  atte  ad aumentare  via  via il prelievo della stessa quantità fissata  in precedenza e cioè di circa 1/5 della portata massima prevedibile. Eseguiti i primi 4 rilievi e quindi raggiunta la portata  massima del  pozzo, si dovrà continuare nelle misure  oltrepassando  tale valore  con ulteriori due o tre determinazioni in modo  da  poter conoscere  il  comportamento della falda  anche  con  emungimento molto  spinto.  Ciò tornerà utile, come vedremo più  avanti,  per definire  il punto critico di funzionamento del pozzo.  A  questo

punto è possibile tracciare il grafico cartesiano della  funzione che lega portata e livello secondo quanto indicato al cap 3. Supponiamo  ad esempio di aver costruito un pozzo in falda  arte­siana  avente livello statico pari a 100 msm e che, dalle  misure preliminari già effettuate, risulti in grado di dare una  portata di circa 30 l/s, Si vogliano determinarne in dettaglio le  carat­teristiche  di producibilità nonchè le regole da seguire  per  il suo  ottimale sfruttamento. Fissato in 8 l/s circa   l'intervallo di portata tra una misura e l'altra (circa un quinto della porta­ta massima) si siano rilevati i dati della seguente talbella :

Il grafico, riportato in fig. 1 fornisce tutte le indicazioni del caso. Si nota innanzitutto come il tratto superiore della curva  caratteristica che va da zero a 40 l/s circa sia  caratte­rizzato  da  un tracciato rettilineo il che conferma  che  nelle portate  iniziali   esiste una proporzione diretta  tra   portata emungibile e depressione di falda essendo la portata specifica di circa 6.9 l/sec per metro di depressione. E' questo  l'intervallo da utilizzare per un uso del pozzo atto a conferirne la  massima sicurezza di esercizio. Il punto critico ( b ), ubicato al termine  del tratto rettilineo, definisce in 40 l/sec circa la portata massima emungibile  cui corrisponde una depressione di falda di 5.80 m  e quindi un livello, alla data delle misure, pari a 94.20 msm. Per portate superiori  a 40 l/s l'aumento anomalo delle  perdite  di carico del mezzo attraversato dall'acqua è denunciato dalla forma della  curva che non è più rettilinea ma diventa  parabolica  con una impennata verso il basso. Qualora si decidesse di  effettuare il  prelievo d'acqua in tali condizioni, oltre ad un  sicuro  di­spendio energetico, potrebbe verificarsi instabilità nel materas­so acquifero con  continuo trasporto di materiali fini e  proba­bili  franamenti  interni o  intasamento dei filtri e  quindi  il rapido deterioramento del pozzo. Uno sfruttamento corretto consi­ste  invece   nel  prelevare una portata che  garantisca  di  non oltrepassare in nessun caso il punto critico nemmeno in  partico­lari  condizioni di falda quali possono essere per esempio quelle che  si  riscontrano  in periodi  eccezionalmente  siccitosi.  La portata massima consigliabile potrà essere, ad esempio, quella di 35 l/s.

Fig.1

Nel  corso degli anni seguenti le prove di portata, da  eseguirsi con le stesse modalità sopra descritte, dovranno essere  ripetute ad  intervalli  regolari di quattro o cinque anni. Si  avrà  modo così di confermare il buono stato del pozzo oppure, in  caso  di falda  in via di deterioramento, di definire le nuove  condizioni ottimali di sfruttamento. Normalmente e se vengono rispettate  le cautele citate, la curva portata/depressione si mantiene  assolu­tamente  costante nel tempo. Ciò che è soggetto a facili  cambiamenti  è il livello statico della falda il quale, sia a causa  di nuovi  prelievi, sia per particolari  condizioni  metereologiche,  può subire dei cali anche importanti. Potrà ad esempio  accadere che,  ferma restando la curva caratteristica, il livello statico del pozzo sia passato dai 100 msm iniziali a 98 msm. In tal  caso si  potrà comunque continuare a prelevare la portata ottimale  di 35  l/s  a condizione che il corrispondente livello  dinamico  di falda,  in precedenza pari a 95 msm,  sia modificato  portandolo, tramite  una nuova pompa più potente della precedente, a  93  msm necessari affinchè venga mantenuta la stessa depressione di falda di  5  m necessaria e sufficiente perchè il pozzo,  anche  con  il nuovo livello statico, possa fornire tale portata.

CONCLUSIONI

        HOME                                                                                               SU