L'idrogeologia è una branca della geologia che si occupa dello studio della distribuzione, del movimento e della qualità dell'acqua nel sottosuolo. L'idrogeologia si occupa di comprendere la presenza, il movimento e lo stoccaggio delle acque sotterranee in falde acquifere, che sono formazioni geologiche che contengono acqua. Gli idrogeologi studiano le proprietà di rocce e sedimenti che controllano il movimento dell'acqua, l'interazione tra acque sotterranee e superficiali e l'impatto delle attività umane sulla qualità e quantità delle risorse idriche sotterranee. L'idrogeologia è un campo interdisciplinare che attinge a geologia, fisica, chimica, matematica e ingegneria per affrontare una vasta gamma di problemi ambientali, geologici e ingegneristici.

Water è una preziosa risorsa naturale. Senza acqua non ci sarebbe vita sulla Terra. Due terzi del nostro corpo sono composti da acqua in peso.

Forniture d'acqua sono essenziali anche per sostenere la produzione alimentare e l'attività industriale. Il fattore più importante che determina la densità e la distribuzione della vegetazione è la quantità delle precipitazioni (Fetter, 2001).

Agricoltura può prosperare in alcuni deserti, ma solo con acqua pompata dal suolo o importata da altre aree (Fetter, 2001).

civiltà sono fiorite con lo sviluppo di approvvigionamenti idrici affidabili, e poi sono crollate a causa del fallimento delle loro riserve idriche (Fetter, 2001).

Una persona richiede 3 litri (L) di acqua potabile al giorno per mantenere i fluidi essenziali del corpo (Fetter, 2001).

Gente primitiva nelle terre aride esistevano con poco più di questa quantità come consumo totale giornaliero

A New York City il consumo giornaliero di acqua pro capite supera i 1000 L; gran parte di questo viene utilizzato per scopi industriali, municipali e commerciali (Fetter, 2001).

Lo sfruttamento eccessivo delle acque sotterranee mediante pompaggi incontrollati può causare alcuni problemi (Hiscock, 2005):

  • effetti dannosi su pozzi e pozzi vicini,
  • cedimento del terreno,
  • intrusione di acqua salina,
  • e il prosciugamento delle acque superficiali e delle zone umide.

L'uso incontrollato di sostanze chimiche e lo smaltimento incauto dei rifiuti a terra provocano l'inquinamento delle acque sotterranee (Hiscock, 2005).

Principali fonti di inquinamento delle acque sotterranee:

  • agrochimici,
  • rifiuti industriali e urbani,
  • sterili e acque reflue di processo delle miniere,
  • pozzi di salamoia del giacimento di petrolio,
  • perdite di serbatoi sotterranei,
  • tubazioni che perdono,
  • fanghi di depurazione,
  • e sistemi settici

Scopo dell'idrogeologia

L'idrogeologia è lo studio scientifico delle proprietà, della distribuzione e del movimento delle acque sotterranee nel sottosuolo terrestre. È un campo interdisciplinare che combina elementi di geologia, idrologia, chimica, fisica e ingegneria. L'ambito dell'idrogeologia comprende quanto segue:

  1. Studio della presenza e della disponibilità delle acque sotterranee: gli idrogeologi studiano la presenza, la distribuzione e la disponibilità delle acque sotterranee nel sottosuolo. Usano varie tecniche come indagini geofisiche, perforazione e registrazione di pozzi per esplorare il sottosuolo.
  2. Flusso e trasporto delle acque sotterranee: gli idrogeologi studiano il flusso e il trasporto delle acque sotterranee nel sottosuolo. Utilizzano modelli numerici per prevedere la direzione e la velocità del flusso delle acque sotterranee e per simulare il trasporto di contaminanti nelle acque sotterranee.
  3. Caratterizzazione delle falde acquifere: gli idrogeologi caratterizzano le proprietà delle falde acquifere, che sono formazioni geologiche che immagazzinano e trasmettono le acque sotterranee. Studiano le proprietà idrauliche delle falde acquifere come la conducibilità idraulica, la trasmissività e il coefficiente di accumulo.
  4. Qualità delle acque sotterranee: gli idrogeologi studiano la qualità delle acque sotterranee, compresa la sua composizione chimica e la presenza di contaminanti. Usano varie tecniche per campionare e analizzare le acque sotterranee, come test di pompaggio, test di slug e registrazione dei pozzi.
  5. Gestione delle acque sotterranee: gli idrogeologi svolgono un ruolo chiave nella gestione delle risorse idriche sotterranee. Usano la loro conoscenza dell'idrogeologia per sviluppare strategie per l'uso sostenibile e la protezione delle risorse idriche sotterranee. Ciò include la progettazione di campi di pozzi, la gestione della ricarica delle acque sotterranee e il controllo della contaminazione delle acque sotterranee.
  6. Interazione delle acque sotterranee con le acque superficiali: gli idrogeologi studiano l'interazione delle acque sotterranee con le acque superficiali, come fiumi, laghi e zone umide. Usano la loro conoscenza dell'idrogeologia per comprendere il ruolo delle acque sotterranee nel mantenimento del flusso delle acque superficiali e per sviluppare strategie per la gestione delle risorse idriche in modo sostenibile.

Indagine idrogeologica

L'indagine idrogeologica è il processo di studio delle proprietà e del comportamento dell'acqua nel sottosuolo. Implica l'uso di vari strumenti e tecniche per raccogliere dati sul sistema idrogeologico, come la geologia e l'idrologia di un'area, la quantità e la qualità delle acque sotterranee e il potenziale per lo sviluppo e la gestione delle risorse idriche.

L'indagine idrogeologica è importante in molte applicazioni, come nella pianificazione e progettazione di sistemi di approvvigionamento di acque sotterranee, l'identificazione di potenziali fonti idriche per operazioni minerarie o industriali, la valutazione degli impatti ambientali relativi alle acque sotterranee e la valutazione dei potenziali impatti dei cambiamenti climatici sulle risorse idriche sotterranee.

L'indagine idrogeologica può comportare una serie di attività, come la mappatura geologica, la raccolta di dati idrologici, il test delle falde acquifere, l'analisi della qualità dell'acqua e la modellazione computerizzata del flusso e del trasporto delle acque sotterranee. I risultati delle indagini idrogeologiche possono essere utilizzati per prendere decisioni informate sull'uso e la gestione sostenibili delle risorse idriche sotterranee.

Ci sono diversi passaggi coinvolti in un'indagine idrogeologica, tra cui:

  1. Definizione dell'area di studio: Il primo passo in un'indagine idrogeologica è definire l'area di studio, compresa l'ubicazione ei confini dell'area di studio.
  2. Raccolta dei dati: il passo successivo consiste nel raccogliere informazioni sulla geologia, l'idrologia e l'idrogeologia dell'area di studio. Ciò può includere la raccolta di dati sulla geologia dell'area, sull'idrologia superficiale e sotterranea e sulle risorse idriche sotterranee.
  3. Analisi dei dati: i dati raccolti vengono quindi analizzati per comprendere la presenza e il movimento delle acque sotterranee nell'area di studio. Ciò può comportare l'analisi di dati geologici e idrologici, nonché dati sulla qualità e quantità delle risorse idriche sotterranee.
  4. Sviluppo di un modello concettuale: sulla base dei dati raccolti e analizzati, viene sviluppato un modello concettuale del sistema delle acque sotterranee nell'area di studio. Questo modello aiuta a capire come le acque sotterranee si muovono attraverso il sottosuolo e come sono influenzate da vari fattori.
  5. Test e perfezionamento del modello: il modello concettuale viene quindi testato e perfezionato attraverso un'ulteriore raccolta e analisi dei dati, al fine di migliorare la comprensione del sistema delle acque sotterranee.
  6. Rendicontazione dei risultati: La fase finale di un'indagine idrogeologica consiste nel riportare i risultati dello studio, comprese eventuali raccomandazioni per la gestione e l'utilizzo delle risorse idriche sotterranee nell'area di studio.


Idrogeologia e Affari Umani

L'idrogeologia è strettamente legata alle vicende umane in molti modi. Ecco alcuni esempi:

  1. Approvvigionamento idrico: una delle applicazioni più importanti dell'idrogeologia è la valutazione e la gestione delle risorse idriche sotterranee per l'approvvigionamento idrico. Gli idrogeologi studiano e caratterizzano le falde acquifere, stimano i tassi di ricarica e il flusso delle acque sotterranee e sviluppano modelli per prevedere come le falde acquifere risponderanno a diversi scenari di pompaggio. Queste informazioni vengono utilizzate dai gestori dell'acqua per prendere decisioni sull'allocazione dell'acqua, il posizionamento dei pozzi e le velocità di pompaggio.
  2. Trasporto di contaminanti: anche gli idrogeologi svolgono un ruolo chiave nella valutazione e nella gestione della contaminazione delle acque sotterranee. Studiano il movimento dei contaminanti nelle acque sotterranee, valutano il potenziale per i contaminanti di raggiungere fonti di acqua potabile e sviluppano strategie per bonificare i siti contaminati. Le indagini idrogeologiche fanno spesso parte delle valutazioni ambientali di siti industriali, discariche e altri siti contaminati.
  3. Pianificazione dell'uso del suolo: l'idrogeologia è importante nella pianificazione dell'uso del suolo, in particolare nelle aree in cui le risorse idriche sotterranee sono vulnerabili alla contaminazione o all'uso eccessivo. Le indagini idrogeologiche possono individuare aree adatte a determinati tipi di sviluppo (es. residenziale, industriale, agricolo), nonché aree che dovrebbero essere protette dall'edificazione per mantenere le risorse idriche sotterranee.
  4. Cambiamenti climatici: anche l'idrogeologia è importante per comprendere gli impatti dei cambiamenti climatici sulle risorse idriche sotterranee. Man mano che i modelli di precipitazione ed evapotraspirazione cambiano, è probabile che i tassi di ricarica delle acque sotterranee e i modelli di flusso delle acque sotterranee ne risentano. Le indagini idrogeologiche possono aiutare a prevedere come le falde acquifere risponderanno a questi cambiamenti e identificare le aree particolarmente vulnerabili alla siccità o ad altri impatti.

Nel complesso, l'idrogeologia è un campo importante che contribuisce alla nostra comprensione delle risorse idriche e della loro interazione con le attività umane.

Storia dell'idrogeologia

La storia dell'idrogeologia risale a civiltà antiche, come i Greci ei Romani, che si interessarono all'origine e al movimento delle acque sotterranee. La prima indagine scientifica registrata sulle acque sotterranee fu condotta da Leonardo da Vinci nel XV secolo. Ha proposto che il movimento dell'acqua attraverso la Terra fosse guidato dal calore e dalla gravità del sole.

Durante i secoli XVIII e XIX furono compiuti progressi significativi nel campo dell'idrogeologia. Gli scienziati hanno iniziato a sviluppare teorie sul flusso delle acque sotterranee e sulla relazione tra acque superficiali e sotterranee. Lo sviluppo di nuove tecnologie, come le attrezzature di perforazione e le pompe, ha consentito la costruzione di pozzi e la misurazione dei livelli delle acque sotterranee. Ciò ha portato a una migliore comprensione della quantità e della qualità delle risorse idriche sotterranee.

Nel XX secolo l'idrogeologia è diventata sempre più importante per la gestione delle risorse idriche e la tutela dell'ambiente. Lo sviluppo di nuove tecniche, come le indagini geofisiche e la modellazione al computer, ha consentito un'esplorazione e una gestione delle acque sotterranee più accurate ed efficienti. Oggi gli idrogeologi svolgono un ruolo cruciale nel garantire la sostenibilità delle risorse idriche sotterranee e proteggere l'ambiente dalla contaminazione.

Ciclo idrologico

L'acqua sul nostro pianeta Terra si trova in tre fasi, come solida, liquida e gassosa.

ciclo idrologico (da Usul, 2001)

Il ciclo idrologico, noto anche come ciclo dell'acqua, è il processo mediante il quale l'acqua si muove attraverso i sistemi terrestri. Il ciclo prevede le seguenti fasi:

  1. Evaporazione: il processo mediante il quale l'acqua passa da liquido a gas, di solito dalla superficie di oceani, laghi e fiumi o dal suolo.
  2. Traspirazione: il processo mediante il quale l'acqua viene assorbita e rilasciata nell'atmosfera dalle piante.
  3. Condensazione: il processo mediante il quale il vapore acqueo nell'atmosfera si raffredda e si trasforma nuovamente in forma liquida, formando nuvole.
  4. Precipitazione: il processo mediante il quale l'acqua cade dall'atmosfera sotto forma di pioggia, neve, nevischio o grandine.
  5. Infiltrazione: il processo mediante il quale l'acqua penetra nel terreno e viene assorbita dal suolo e dalla roccia.
  6. Deflusso: il processo mediante il quale l'acqua che non si infiltra nel terreno scorre sulla superficie della terra, dirigendosi infine verso corsi d'acqua, fiumi e oceani.

Il ciclo idrologico svolge un ruolo cruciale nella regolazione della quantità e della distribuzione dell'acqua sulla superficie terrestre e nel suolo, che è importante per sostenere la vita e supportare vari ecosistemi.

Il ciclo idrologico (da Fetter, 2001)

Evaporazione dell'acqua dalle acque superficiali (mare, lago e fiume) e dalla superficie terrestre e traspirazione dalla vegetazione produce nubi.

Quando si verificano condizioni meteorologiche adeguate, precipitazione si verifica sotto forma di pioggia, neve, ecc., e cade sulla terraferma o su corpi idrici superficiali.

Una parte delle precipitazioni che cadono sul terreno coperto da vegetazione può essere trattenuta dalle piante. Questa parte si chiama intercettazione.

Questa parte generalmente evapora nell'atmosfera.

Una piccolissima quantità di acqua trattenuta sulle piante cade a terra dalle foglie. Questa porzione è denominata come attraverso l'autunno.

Precipitazioni che cadono sulla superficie terrestre entra in vari percorsi del ciclo idrologico.

La parte delle precipitazioni che raggiunge la superficie del suolo bagna per prima il suolo e le rocce.

Alcuni acqua può essere temporaneamente immagazzinato sulla superficie terrestre come ghiaccio e neve o acqua nelle pozzanghere. Questo è noto come deposito di depressione.

Parte della pioggia o della neve che si scioglie defluisce attraverso la terraferma verso un canale di ruscello, un lago o un mare. Questo è definito flusso terrestre or flusso superficiale.

Se il terreno o la roccia superficiale è poroso, un po' di pioggia o neve che si scioglie penetrerà nel terreno. Questo processo è chiamato infiltrazione.

Una parte dell'acqua infiltrata viene immagazzinata nel zona vadose (o zona di aerazione).

I pori del suolo e della roccia nella zona vadosa contengono sia acqua che aria.

Si chiama l'acqua nella zona vadosa acqua vadosa.

Nella parte superiore della zona vadosa c'è la cintura di acqua sporca.

Alcune parti del acque immagazzinato in depressioni, zona vadosa e fluente come flusso terrestre evapora.

Le piante usano l'acqua del suolo e poi traspirano come vapore nell'atmosfera mediante un processo chiamato traspirazione.

L'evaporazione dalla superficie terrestre, i corpi idrici e la traspirazione delle piante sono raggruppate insieme come evapotraspirazione.

L'acqua che entra nel suolo o nella roccia può spostarsi lateralmente nella zona vadosa al di sopra del falda freatica verso quote inferiori.

Quest'acqua si chiama interflusso or flusso sotterraneo.

Parte dell'acqua infiltrata; può raggiungere la falda freatica percolazione, ricaricare lo stoccaggio delle acque sotterranee.

Quindi l'acqua si sposta lì orizzontalmente diventando flusso delle acque sotterranee (o flusso di base).

Flussi superficiali, sotterranei e sotterranei alla fine raggiungere lago di mare e ruscello e da lì evaporare di nuovo nell'atmosfera.

Ad una certa profondità, i pori del suolo o della roccia sono saturi d'acqua.

La parte superiore del zona di saturazione è chiamato falda freatica (o falda freatica).

L'acqua immagazzinata nella zona di saturazione è nota come acque sotterranee.

Le acque sotterranee si muovono as flusso delle acque sotterranee attraverso gli strati di roccia e suolo della terra.

Le acque sotterranee scarichi come a primavera o come infiltrazioni in uno stagno, lago, ruscello, fiume, mare o oceano.

Disegno schematico del ciclo idrologico (da Fetter, 2001).


La figura mostra i principali serbatoi ei percorsi attraverso i quali l'acqua può spostarsi da un serbatoio all'altro.

Acqua magmatica è contenuto all'interno di magmi profondi nella crosta.

Se il magma raggiunge la superficie della terra o il fondo dell'oceano, l'acqua magmatica si aggiunge all'acqua nel ciclo idrologico (Fetter, 2001).

I processi idrologici raramente operano completamente non influenzati dalle attività umane; in altre parole le attività umane provocano cambiamenti in questi processi.

Il principale attività che comportano modifiche nei processi idrologici sono;

  • precipitazione artificiale,
  • modificazioni della copertura vegetale (rimboschimento, disboscamento, cambiamento del tipo di vegetazione),
  • urbanizzazione,
  • costruzione di dighe sui fiumi,
  • irrigazione,
  • drenaggio,
  • prelievo di acque sotterranee e superficiali.

Distribuzione globale dell'acqua

L'acqua in tutta la Terra è in equilibrio.Acqua salata negli oceani

rappresenta il 97.25%.Le masse terrestri e l'atmosfera contengono quindi il 2.75%.Calotte di ghiaccio e ghiacciai tenere il 2.05%Le acque sotterranee a una profondità di 4 km rappresenta lo 0.68%,Laghi d'acqua dolce 0.01%,Umidità del suolo 0.005%, Fiumi 0.0001% e biosfera 0.00004%

Chi siamo 75% dell'acqua nelle aree terrestri è bloccata ghiaccio glaciale o è salino.

Il restante quarto di acqua nelle aree terrestri, intorno 98% is immagazzinato sottoterra.

Solo una quantità molto piccola di acqua dolce disponibile per l'uomo e altri biota.

Prendendo il volume costante di acqua in un dato serbatoio e dividendo per il tasso di aggiunta (o perdita) di acqua a (da) consente il calcolo di un tempo di residenza per quel serbatoio.

Il tempo che una molecola d'acqua trascorre nel oceano e mare più di 4 anni.

Laghi, fiumi, ghiacciai e acque sotterranee poco profonde hanno tempi di permanenza che vanno da giorni a migliaia di anni.

Le acque sotterranee i tempi di permanenza variano da circa 2 settimane a 10 anni e oltre.

Una stima simile per fiumi fornisce un valore di circa 2 settimane.

Proprietà del bacino

Bacino di drenaggio

Le proprietà del bacino si riferiscono alle caratteristiche fisiche, geologiche e idrologiche di uno spartiacque o di un bacino fluviale che influenzano la quantità e la qualità dell'acqua disponibile al suo interno. Alcune importanti proprietà del bacino includono:

  1. Dimensioni e forma: le dimensioni e la forma di un bacino determinano l'area da cui viene raccolta l'acqua e la quantità di acqua che può essere immagazzinata al suo interno.
  2. Topografia: la topografia di un bacino determina la direzione del flusso dell'acqua e influisce sul tasso di deflusso superficiale.
  3. Geologia: la geologia di un bacino determina il tipo di rocce e suoli presenti, che possono influenzare lo stoccaggio e il movimento delle acque sotterranee.
  4. Caratteristiche del suolo: le caratteristiche del suolo come consistenza, struttura e permeabilità influenzano il tasso di infiltrazione dell'acqua nel terreno e la quantità di acqua che può essere immagazzinata nel suolo.
  5. Copertura vegetale: la copertura vegetale influisce sul tasso di infiltrazione e sull'evapotraspirazione, che sono processi importanti nel ciclo idrologico.
  6. Clima: il clima gioca un ruolo importante nel ciclo idrologico, con temperatura, precipitazioni e velocità di evapotraspirazione che influenzano la quantità e la distribuzione dell'acqua all'interno di un bacino.
  7. Uso del suolo: i cambiamenti nell'uso del suolo, come l'urbanizzazione o la deforestazione, possono avere un impatto significativo sul ciclo idrologico alterando il deflusso superficiale, i tassi di infiltrazione e l'evapotraspirazione.
Proprietà del bacino (da Usul, 2001).

Riferimenti

  • Prof. Dott. FİKRET KAÇAROĞLU, Dispense, Muğla Sıtkı Koçman University
  • Domenico, PA, Schwartz, FW, 1990. Idrogeologia fisica e chimica. John Wileyand Sons, USA, 824 p.
  • Fetter, CW, 2001. Idrogeologia applicata (quarta ed.). Prentice Hall, USA, 598 p.
  • Hiscock, K., 2005, Idrogeologia. Blackwell Publishing, 389 p.
  • Younger, PL, 2007, Le acque sotterranee nell'ambiente. Blackwell Publishing, 318 p.
  • Usul, N., Idrologia ingegneristica. METU Press, Ankara, 404 p.
  • Newson, M., 1994. Idrologia e ambiente fluviale. Università di Oxford Pres, Regno Unito, 221 pag.