Idrodinamica delle acque di falda del carso classico

RICOSTRUZIONE DELL’IDRODINAMICA DELLE ACQUE DI FALDA DEL CARSO CLASSICO

Pubblicato su Progressione anno 2012

INTRODUZIONE

Nell’ambito del XXV Ciclo di Dottorato in Scienze Ambientali presso l’Università di Trieste è stata svolta una Tesi dal titolo “Ricostruzione idrodinamica delle acque di falda del Carso Classico” da Barbara Grillo con tutori Luca Zini e Franco Cucchi. Questo lavoro costituisce un nuovo contributo allo studio secolare della complessa idrostruttura del Carso Classico e ha permesso di approfondire le conoscenze sulla sua idrodinamica. Sono stati evidenziati e caratterizzati i diversi comportamenti della circolazione idrica nei grandi condotti e nel reticolo fessurato, rilevando i settori a diversa idrodinamica e gettando le basi per una dettagliata mappatura di vulnerabilità e gestione della risorsa idrica.

L’obiettivo della Tesi è:

  • la riorganizzazione e ottimizzazione della rete di monitoraggio delle acque di falda del Carso Classico;
  • l’analisi dei dati in continuo esistenti (portate, precipitazioni, livello, temperatura e conducibilità);
  • l’analisi dell’influenza del carico idraulico sull’idrostruttura;
  • la ricostruzione dell’idrodinamica nelle diverse condizioni di impinguamento per una valutazione della vulnerabilità e dell’entità delle risorse.

Il punto di forza dello studio è stato la riorganizzazione, l’aggiornamento e l’analisi congiunta di tutta la serie temporale a disposizione permettendo di ottenere un robusto modello idrodinamico dell’area in esame. Infatti sono stati considerati quasi 4000000 di dati complessivi raccolti a cadenza oraria o bioraria in 17 anni: essi consistono in misure di livello, temperatura, conducibilità e torbidità delle acque di 29 punti di misura in 13 cavità, 4 piezometri, 7 sorgenti, 2 laghi, 4 fiumi (vedi Tabella). Inoltre sono stati considerati anche dati idrometrici, pluviometrici, di portata e dati geofisici di stazioni geodetiche. L’intervallo temporale analizzato va dal 1995 al 2012. Sono state usate sonde via via più moderne: visto il loro peso e dimensione negli ultimi anni è stato possibile installarle anche in grotte non facilmente raggiungibili. In funzione dell’implementazione dei punti di monitoraggio dal 1995, quando è iniziato, ad oggi si possono individuare cinque momenti di intensificazione o integrazione della rete:1995-1999: inizio del monitoraggio con l’Abisso di Trebiciano, le Grotte di San Canziano, il Lago di Doberdò, il Pozzo dei Colombi, le Foci del Timavo;

  • 2000-2001-2002: integrazioni con la Grotta Lazzaro Jerko, la Grotta Lindner, il Lago di Pietrarossa, la sorgenti di Aurisina;
  • 2005-2006: integrazioni con la Kačna Jama, la Kanjaduče Jama, la Strisinkna dolina, la Grotta Lazzaro Jerko, i piezometri;
  • 2008-2009-2010: integrazioni con la Grotta Gigante, l’Abisso Massimo, la Grotta Skilan;
  • 2012: integrazione con l’Abisso di Rupingrande.

La Tesi è strutturata in una prima parte di inquadramento generale, una seconda di descrizione della rete di monitoraggio e di analisi statistici dei dati raccolti, una terza di analisi idrodinamica e una quarta di stampo multidisciplinare che comprende l’applicazione di funzioni matematiche all’idrogeologia.

Modello idrodinamico generale del Carso Classico che illustra la presenza di un’intricata rete data da grandi condotte, dreni interconnessi entrambi immersi in una matrice rocciosa data dalle fratture e dalla porosità della roccia. Lo scambio delle acque avviene spesso per travaso o pressione tra condotte e dreni secondari.

ALCUNI RISULTATI

Dopo oltre 100 anni di storia sulla ricerca del mitico Timavo quale fiume ipogeo, si può confermare che grazie ai dati di molti anni di monitoraggio e l’applicazione di studi multidisciplinari non esiste un dreno unico come da credenza popolare, ma una falda disomogenea e gerarchizzata con modalità di carico e scarico delle piene influenzata dalle caratteristiche dei diversi dreni e dal gradiente idraulico. La circolazione nel reticolo carsico infatti è influenzata dalla distribuzione delle fratture, dal tipo di roccia, dalla tettonica, dalle modalità di infiltrazione, dai punti di alimentazione, dalla permeabilità e dalla porosità. Grazie alla possibilità di studiare direttamente l’innalzamento della falda basandosi sui dati raccolti nelle varie stazioni, si può constatare che il Carso Classico è caratterizzato dalla presenza sia di vie di drenaggio veloce in ambiente vadoso, o epifreatico, con un alto gradiente idraulico, sia di zone a drenaggio più lento mediante dreni interconnessi con un basso gradiente idraulico e con una zona satura avente una superficie piezometrica articolata. Questo tipo di differenziazione nella circolazione viene dimostrato dai risultati del calcolo delle velocità apparenti mediante il peacking sulla temperatura.

L’idrostruttura del Carso Classico consiste in un sistema carsico binario, regolato principalmente dagli apporti del Reka e dell’Isonzo a seconda delle condizioni idrologiche di uno o dell’altro oltre che dalle precipitazioni. È noto che a seconda delle condizioni di piena di uno o dell’altro fiume i travasi alle Foci sono diversi. In questo quadro però non è secondario l’apporto infiltrativo dato dalle precipitazioni, che vista l’area di oltre 900 km2 e la morfologia del territorio, innesca apporti idrologici differenziati e relativi da zona a zona. Ne è una prova il fatto che il calcolo dei ritardi non è sempre positivo, ma ci sono anche valori negativi. L’acquifero è caratterizzato dalla presenza di una “rete a dreni dominanti”, cui fanno capo localmente alcuni “dreni interdipendenti”: risulta in pratica costituito da una sistema a grandi condotti con ampie cavità caratterizzate da un elevato gradiente idraulico che fungono da torri piezometriche fino alla Grotta Lazzaro Jerko. Si può paragonare la circolazione idrica all’interno dell’idrostruttura ad un’estesa rete autostradale, dove le autostrade sono le grandi condotte (quindi il tratto San Canziano – Lazzaro Jerko), le strade secondarie sono i dreni interdipendenti che convogliano le acque alle sorgenti. Una volta che le autostrade sono piene, il traffico idrologico si scarica sulle vie statali e provinciali (questo è il caso dell’Abisso di Rupingrande, la Grotta Skilan, l’Abisso Massimo, la Grotta Gigante e la Grotta Lindner, dove la circolazione avviene per travaso o spinta idraulica data dal riempimento dei grandi condotti) fino a distribuirsi sulle strade di campagna, che insieme ai territori su cui si snoda la rete possono essere paragonati alla matrice rocciosa o i sistemi annessi. La stazione che rappresenta questo tipo di circolazione è il piezometro di Opicina. La Grotta Lindner fa parte dei dreni interconnessi ed è influenzata anche dalla circolazione delle Foci. In condizioni di magra con portate del Reka di 9 m3/s, si hanno tempi di trasferimento della piena di circa 10 giorni lungo la direttrice San Canziano – Foci alla velocità media di 80 m/h, mentre 75 m/h sono lungo il tratto San Canziano – Trebiciano.

NNOME STAZIONEANNO - LIVELLOANNO - CONDUCIBILITANNO - TEMPERATURAANNO - PORTATE
1Fiume Reka Cerkvenikov mln (Slovenia)1995 - 2012
2Grotte di S. Canziano – Škocjanske jame (Slo)2004 - 20121994 - 20121994 - 2012
3Kačna Jama (Slovenia)2005 - 20062005 - 2006
4Kanjeduče Jama (Slovenia)2005 - 20072005 - 20072005 - 2007
5Abisso Štrisinkni Dolini (Slovenia)2005 - 20062005 - 2006
6Abisso di Trebiciano1994 - 20121995 - 20121995 - 2012
7Grotta Skilan2008 - 20102008 - 20102008 - 2010
8Abisso di Rupingrande201220122012
9Grotta Lazzaro Jerko1999 - 2002/ 2005 - 20062000 - 2002/ 2005 - 20062000 - 2002/ 2005 - 2006
10Grotta Gigante2009 - 20122009 - 20122009 - 2012
11Abisso Massimo2008 - 20102008 - 20102008 - 2010
12Piezometro di Opicina P12004 - 20122004 - 20122004 - 2012
13Piezometro Metanodotto S12004 - 20052004 - 20052004 - 2005
14Piezometro Globoka Dolina (Slovenia)2004 - 20052004 - 20052004 - 2005
15Grotta Lindner1999 - 20122005 - 20122005 - 2012
16Sorgenti Filtri Aurisina2002 - 20122002 - 20122002 - 2012
17Sorgenti del Lisert
18Sorgenti Moschenizze Nord
19Sorgenti Moschenizze Sud
20Sorgenti di Bagnoli - Antro2002 - 20122002 - 20122002 - 2012
21Sorgenti Sardos2008 - 20122008 - 20122008 - 2012
22Terzo ramo delle Foci del Timavo1997 - 20121997 - 20121997 - 20121995 - 2012
23Pozzo dei Colombi di Duino1995 - 2012
24Cavernetta presso Comarie2003 - 20122003 - 20122003 - 2012
25Lago di Doberd1997 - 2012
26Lago di Pietrarossa - Canale di Sablici1999 - 2012
27Campo pozzi Brestovica (Slovenia)
28Fiume Vipacco (stazione Dolenje, Slovenia)1995 - 2010
29Fiume Isonzo (stazione Solkan, Slovenia)1995 - 2010

In condizioni di piena e una portata del Reka di 264 m3/s, i tempi si riducono a meno di 3 giorni (anche uno) con una velocità massima tra San Canziano – Foci di 600 m/h, tra San Canziano e Trebiciano di 812 m/h (evento del 03/02/2009). In un altro evento (13/02/2007) con una portata del Reka di 147 m3/s, sono stati raggiunti rispettivamente 507 m/h e 722 m/h.

In regime di piena nel tratto tra l’Abisso Massimo e Aurisina le velocità massime sono 294 m/h, mentre tra l’Abisso Massimo e le Foci sono 400 m/h. In regime influenzato tra l’Abisso di Trebiciano e le Foci sono 561 m/h e in condizioni di magra si hanno 83 m/h.

In tutti i siti le modalità di carico sono le stesse, cioè con curve di risalita molto ripide. Ciò che cambia è la circolazione in fase di deflusso, dove in relazione al contesto idrogeologico del sito e al gradiente idraulico, possiamo avere tempi molto differenti e curve molto ampie e/o dispersive. Questo tipo di comportamento è stato dimostrato sia mediante il confronto semplice tra livelli di siti diversi, sia mediante le applicazioni di cross-correlazione.

La compiuta conoscenza di un’area carsica e della sua carsificazione si può ottenere solamente con studi politematici ed interdisciplinari: ecco perché in via del tutto innovativa è stato deciso di applicare le funzioni matematiche (cross-correlazione e periodogramma) allo studio dell’idrodinamica del Carso Classico e di confrontare i dati idrologici con quelli geofisici della Grotta Gigante.

Con la comparazione tra il segnale clinometrico dei pendoli in Grotta Gigante, il segnale GPS, i livelli della falda nell’Abisso di Trebiciano, nella Grotta Gigante e nel piezometro di Opicina si è constatato che in corrispondenza degli innalzamenti idrici più consistenti si registrano delle derive lente principalmente verso SW, direzione che corrisponde alla fascia delle sorgenti del Carso, precedute da un periodo di ricarica a SE, area di assorbimento del Timavo Superiore. Il tilting registrato dai pendoli presenta la stessa forma della curva del livello del piezometro di Opicina, questo significa che in fase di carica i pendoli avvertono il riempimento da parte dei grandi condotti, poi nella fase di deflusso registrano lo svuotamento della matrice rocciosa. Questo comportamento è particolarmente evidente durante gli eventi del 21 settembre 2010, quando la falda a Opicina è arrivata a 72 m (s.l.m.), e del 26 dicembre 2009 con 68 m (s.l.m.) sempre a Opicina, e quando il livello sul fondo della Grotta Gigante ha superato i 30 m. Per livelli inferiori il segnale idrologico è meno evidente.

La relazione tra segnali idrologici e clinometrici risulta molto evidente, ne consegue che le misure geodetiche–geofisiche sono uno strumento utile alle considerazioni sull’idrodinamica del Carso Classico, anche per aprire una nuova frontiera di studi multidisciplinari in questa area carsica, come già noto da bibliografia (Vedi la Tesi di Tenze).

Barbara Grillo

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