Effetti dello scavo di grandi opere in sotterraneo e dello sfruttamento delle risorse idriche sui sistemi di flusso sotterraneo e sui groundwater dependent ecosystems

Scopo della ricerca sono le interazioni idrogeologiche fra drenaggio di acqua sotterranea, dovuto all’alterazione dei sistemi di circolazione idrica sotterranea indotta dallo scavo di grandi opere, e la dinamica naturale dello scarico dei sistemi alla superficie che si traduce generalmente in una diminuzione, fino al prosciugamento, della portata di sorgenti e del flusso di base dei torrenti oltre all’effetto di abbassamento del carico idraulico.

Le esigenze della società, legate alla mobilità, al risparmio nel consumo del suolo ed alla diminuzione dell’impatto del trasporto su gomma, hanno determinato un grande sviluppo delle opere in sotterraneo; allo stesso tempo sono aumentati gli impatti contro gli acquiferi, in termini sia quantitative che qualitative, talvolta controbilanciati, in un’ottica di sostenibilità, dalle maggiori opportunità di captazione di risorse idriche o di energia geotermica. I principali bersagli di tali impatti sono rappresentati dai GDE (Groundwater Dependent Ecosystems) costituiti da punti di emersione del discharge naturale del Sistema idrogeologico ove vi sono ecosistemi che, per il loro funzionamento, dipendono in tutto o in parte dalle acque sotterranee.

Al Dipartimento BiGeA è attiva una linea di ricerca specificamente indirizzata allo studio degli effetti dello scavo di grandi opere in sotterraneo su sistemi di circolazione idrica sotterranea, in acquiferi sia porosi che fratturati.

Il caso di studio di riferimento è rappresentato dallo studio degli impatti idrogeologici causati dai tunnel all’interno di hard rock aquifer sedimentari nell’Appennino Settentrionale: i tunnel sono stati scavati, all’interno di arenarie torbiditiche silico-clastiche o calcaree. A prescindere dalla medio bassa permeabilità in grande di tali ammassi rocciosi, lo scavo ha determinato impatti localmente molto intensi nei confronti delle risorse idriche sotterranee con conseguente diminuzione della portata sorgiva, fino al completo prosciugamento, scomparsa stagionale del deflusso di base nei torrenti e forte abbassamento piezometrico. I principali impatti si sono verificati in corrispondenza di lineamenti tettonici post-orogenici (faglie normali soprattutto) lungo strette fasce sub-parallele ai suddetti lineamenti e fino a 5 km di distanza dal fronte di scavo del tunnel. L’idrogramma del drenaggio delle gallerie evidenzia la forte relazione fra dinamica di ricarica meteorica e scarico, come mostrato nel grafico.

Grazie ad un importante programma di monitoraggio idrogeologico di sorgenti, torrenti e pozzi, protrattosi per più di 10 anni, la ricerca ha permesso di definire un nuovo modello concettuale dei sistemi di circolazione idrica sotterranea in acquiferi torbiditici, finora non ben noti. Il modello di circolazione risulta simile a quello di un hard rock aquifer, caratterizzato quindi da: elevata anisotropia nella distribuzione della conducibilità idraulica; discharge focalizzato sui corsi d’acqua più che sulle sorgenti; importanza dell’analisi della recessione idrologica di sorgenti/torrenti durante la stagione di basso flusso (estate) al fine di valutare la estensione ed importanza dei sistemi di circolazione idrica sotterranea.

Al fine di valutare e quantificare gli impatti è stata effettuata una serie di test di tracciamento torrente-galleria utilizzando traccianti fluorescenti.

In tutti i test l’arrivo del tracciante al tunnel è stato sperimentalmente verificato con successo e, in tal modo, è stato possibile parametrizzare da un punto di vista idrodinamico ed idrodispersivo i diversi contesti idrogeologici. È stata riprodotta la mappa degli impatti generati dallo scavo dei tunnel.

Pubblicazioni rilevanti (anni 2008-2016):

Vincenzi V., Gargini A., Goldscheider N., Piccinini L. (2014). Differential hydrogeological effects of draining tunnels through the Northern Apennines, Italy. Rock Mechanics and Rock Engineering, Volume 47, Issue 3 (2014), Page 947-965.
Vincenzi V., Gargini A., Goldscheider N. (2009) Using tracer tests and hydrological observations to evaluate effects of tunnel drainage in the Northern Apennines (Italy). Hydrogeology Journal, 17, 1, pp.135-150.
Gargini A., Vincenzi V., Piccinini L., Zuppi G.M., Canuti P. (2008) - Groundwater flow systems in turbidites of Northern Apennines (Italy): natural discharge and high speed railway tunnels drainage. Hydrogeology Journal, 16, 8, pp.1577-1599, vers.elettronica con supplementary material: doi: 10.1007/s10040-008-0352-8.
Segadelli S., Vescovi P., Ogata K., Chelli A., Zanini A., Boschetti T., Petrella E., Toscani L., Gargini A., Celico F. (in press) A conceptual hydrogeological model of ophiolitic aquifers (serpent inised peridotite): The test example of Mt. Prinzera (Northern Italy). http://dx.doi.org/10.1002/hyp.11090
Cantonati M., Segadelli S., Ogata K., Tran H., Sanders D., Gerecke R., Rott E., Filippini M. Gargini A., Celico F. (2016) – A global review on ambient Limestone-Precipitating Springs (LPS): Hydrogeological setting, ecology, and conservation. Science of the Total Environment. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.02.105
Gargini A., Piccinini L., De Nardo M.T., Segadelli S., Vincenzi V., Gargini A. (2014) Spring discharge and groundwater flow systems in sedimentary and ophiolitic hard rock aquifers: Experiences from Northern Apennines (Italy). In: Sharp J.M. Editor, “Fractured Rock Hydrogeology”, International Association of Hydrogeology Selected Papers n°20, CRC press/Balkema, Leiden (NL), pp.129-146.10)
Cantonati M., Stevens L.E., Segadelli S., Springer A.E., Goldscheider N., Celico F., Filippini M., Ogata K., Gargini, A. (2020). Ecohydrogeology: The interdisciplinary convergence needed to improve the study and stewardship of springs and other groundwater-dependent habitats, biota, and ecosystems. Ecological Indicators, 110: 105803.