Tecniche e metodologie per la caratterizzazione idrodinamica degli acquiferi fessurati

The research that has been developed during the PhD examined and refined methods which, have seen the use of both classical and next generation tracers in hydrogeology, to check for interactions/absorption with aquifer matrix of different geological domains of central Italy. In particular the use of a biotracer (DNA molecules), experienced in the scientific international until now only in the study of surface water, allowed to develop a new methodology in the study of groundwater. This method was developed in a laboratory specifically designed to compare different tracers and different materials aquifers, then successfully applied in campaign in a hydrogeological structure of the Umbria-Marche carbonate ridge. A significant part of the research was finally given to the detailed reconstruction of the hydrogeological conceptual models and the hydraulic parameters of carbonate aquifers due to the geological-structural. The results obtained from laboratory tests in column and batch of tests with different tracers are: the differences in arrival times of the peaks, at equal hydraulic conditions, are due to the different geometry of the columns; the values of effective porosity are very close to the values actually obtained by weighing the columns at the end of the tests; the values of actual velocity obtained with tracer tests are similar to those obtained in an indirect way. Experimentation with the biotracer both in column and in field applications showed that is very useful for the study of karst aquifers characterized by conduits or dual porosity, but is less suitable in porous media if the fundamental objective of the field study is the determination of the effective porosity; in the column test biotracer showed almost exclusively convective flow; the adsorption of DNA on the limestone is negligible, so the biotracer behaves as a tracer conservative than carbonate materials; it has characteristics that can be safely used in the tests tracking.

L’attività di ricerca che è stata sviluppata durante il dottorato ha approfondito ed affinato metodiche che hanno visto l’impiego di traccianti di comune utilizzo in idrogeologia e di nuova generazione, verificandone eventuali interazioni/assorbimento con materiali rappresentativi degli acquiferi di differenti domini idrogeologici dell’Italia centrale. In particolare l’utilizzo di un biotracciante (molecole di DNA), sperimentato in ambito scientifico internazionale fino ad ora solamente nello studio di acque superficiali, ha consentito di mettere a punto una nuova metodologia nello studio delle acque sotterranee. Tale metodica è stata sperimentata in un laboratorio appositamente realizzato per confrontare diversi traccianti e diversi materiali acquiferi, ed è stata poi applicata con successo in campagna, in una struttura idrogeologica della dorsale carbonatica umbromarchigiana. Una parte non trascurabile dell’attività di ricerca è stata infine rivolta alla ricostruzione dettagliata dei modelli idrogeologici concettuali ed alla parametrizzazione idraulica degli acquiferi carbonatici. I risultati ottenuti da prove di laboratorio in colonna e su batch test con diversi traccianti sono: le differenze dei tempi di arrivo dei picchi, a parità di condizioni idrauliche, sono dovuti alla diversa geometria delle colonne; i valori di porosità efficace sono molto vicini ai valori effettivamente ricavati indirettamente; i valori di velocità effettiva ottenuti con prove di tracciamento sono simili a quelli ottenuti per via indiretta. La sperimentazione con il biotracciante DNA nei test di colonna e di campagna ha mostrato la sua efficacia in acquiferi carsici caratterizzati da condotti o doppia porosità, ma meno in acquiferi porosi se l’obiettivo è la determinazione della porosità efficace; un flusso quasi esclusivamente convettivo nei test su colonna; l'adsorbimento del DNA sulla roccia calcarea è trascurabile, così il biotracer si comporta come un tracciante conservativo rispetto a materiali carbonatici.