SIMULAZIONE DI TRASPORTO DI CALORE NELLA FALDA SUPERFICIALE DELL’ACQUIFERO TORINESE
Studio condotto in collaborazione con Dott. Geol. A. Tissoni e Dott. Geol. M. Zagami
Vengono analizzati gli effetti connessi al trasporto di calore in un acquifero superficiale indotti da un impianto geotermico di tipo aperto (open loop) attraverso l’utilizzo di programmi di codice alle differenze finite (SEAWAT, MODFLOW)
Il caso studio è finalizzato a:
- studiare gli effetti indotti dalla reimmissione in falda di acque a una temperatura maggiore rispetto al valor medio di temperatura annuale con conseguente aumento delle temperature in falda a valle dell’impianto: ciò è noto come “inquinamento termico” con associati problemi di carattere ambientale;
- studiare gli effetti indotti dalla reimmissione in falda di acque a una temperatura minore rispetto al valor medio annuo di temperatura con conseguente riduzione del calore specifico dell’acqua e perdita di efficacia dell’impianto geotermico.
ASSETTO IDROGEOLOGICO DELLA PIANURA TORINESE
L’acquifero superficiale della Pianura Torinese è ospitato in depositi fluviali ed è alimentato prevalentemente dalle acque meteoriche e dalle acque superficiali dei corsi d’acqua alpini. L’acquifero ha uno spessore compreso tra 20 e 50 m ed elevata produttività. La superficie piezometrica generalmente segue la superficie topografica.
Al di sotto dell’acquifero superficiale si sviluppano gli acquiferi profondi ospitati all’interno di orizzonti permeabili della “successione villafranchiana”e della successione pliocenica marina (Sabbie di Asti). La distinzione tra i due acquiferi è ben marcata dalla variazione tessiturale dei depositi: la presenza di livelli argillosi con estesa continuità laterale consente la separazione degli acquiferi (Bove et al., 2005; De Luca D.A. & Ossella L., 2012; Irace et al., 2009).
Carta Piezometrica (De Luca & Ossella, 2012)
Sezione idrogeologica della pianura torinese (De Luca & Ossella, 2012)
CARATTERISTICHE IDROGEOLOGICHE E TERMICHE DELL’ACQUIFERO SUPERFICIALE
I parametri idraulici e idrogeologici sono elementi essenziali perla simulazione termica. L’acquifero è di tipo libero, e la direzione di drenaggio delle acque sotterranee è verso NW-SE.
Il livello statico ls è pari a 18.50 m da p.c.. Il gradiente idraulico i = 0.00476; la conducibilità idraulica orizzontale Kx,y = 4.3 X 10^-3 m/s mentre la conducibilità idraulica verticale Kz = 1/10 Kx,y. Il Raggio di influenza R stimato è paria 100 m. L’immagazzinamento specifico Ss = 0.0001 (1/m).
Le caratteristiche idrogeologiche dell’acquifero, sono state dedotte da prove di pompaggio: i test hanno permesso di ricavarla portata critica Qc= 42 l/s in accordo all’equazione di Depuit. La trasmessività T = 2.30 X10^-2 m^2/s. La portata specifica qs per Q = 20 l/s con abbassamento s = 30 cm è pari a 60 l/s.m. L’abbassamento specifico s* è pari a 15 m/mc/s con una portata Q paria 20 l/s e abbassamento s = 30 cm.
I parametri idro-dispersivi dell’acquifero utilizzati nella simulazione sono: porosità afficace ne = 0.20; la dispersività orizzontale Ah = 10 (m), rapporto tra la dispersività orizzontale e verticale Ah/Av = 0.1, mentre il rapporto tra dispersività verticale e orizzontale Ah/Av = 0.01.
I parametri termici dell’acquifero: la densità apparente secca = 2000 kg/mc, il coefficiente di diffusione molecolare Kd = 10^-7 l/mg che è assimilabile al coefficiente di diffusione del calore, infien la diffusività termica a = 0.20 m^2/giorno)
CARATTERISTICHE DELL’IMPIANTO OPEN LOOP
L’impianto geotermico di tipo aperto è costituito da due pozzi distanti 20 m (P1 e P2 in figura), uno di prelievo e uno di re-immissione in falda (restituzione). Entrambi i pozzi sono stati trivellati fino a 45 m da p.c. e intercettano entrambi l’acquifero superficiale, pertanto la re-immissione di acqua a temperatura alterata avviene all’interno dello stesso acquifero.
E’ presente inoltre un piezometro di monitoraggio (Pz) con dimetro 127 mm, profondo 30 m, realizzato a valle del pozzo di restituzione ad una distanza di 12 m ed equipaggiato con una sonda multiparametrica per il monitoraggio del livello statico della falda e della temperatura del’acqua.
La stratigrafia del sottosuolo è stata dedotta in occasione dalla trivellazione sia dei pozzi che del piezometro, e può essere così semplificata:
da 0.00 a 21.00 m: ghiaie e ciottoli immersi in una matrice sabbioso limosa intercalati a livelli conglomeratici;
da 21.00 a 45.00 m: ghiaie con limi sabbiosi e subordinati ciottoli.
Localizzazione pozzi geotermici
Sezione stratigrafica dell’area
Il monitoraggio in corso dal Dicembre del 2011, consente la misura periodica della temperatura ogni 8 ore (4:00,12:00 e 20:00) . Le misure mostrano nel periodo Dicembre 2011 – 2014, un valore medio di 14.6 °C in accordo a studi termometrici condotti da Barbero et. (2014, 2015).
Parametri oggetto di monitoraggio: livello dell’acqua dei falda, temperatura, pressione.
SIMULAZIONE DELLA BOLLA TERMICA
Sono stati simulati due scenari:
- Il primo vuole verificare l’estensione della bolla termica all’interno dell’acquifero a seguito della restituzione di acqua dal pozzo di re-immissione in falda.
- Il secondo vuole verificare le possibili interferenze del pozzo in esame con gli altri pozzi termici già presenti nel’area.
1° scenario
Come osservabile l’impatto termico a poche centinaia di metri a valle della reimmissione è praticamente nullo. Lo stesso vale per l’estensione del disturbo verso monte che, per motivi idraulici, è chiaramente più limitata.
La distanza tra il pozzo di prelievo e di restituzione è sufficiente per evitare l’aumento della temperatura della falda in corrispondenza del pozzo di prelievo.
Dopo tre anni di pompaggio in corrispondenza dei pozzi di prelievo la temperatura della falda risulta essere pari a circa 16°, un solo grado più alta di quella di base; questo dato consente di verificare come il funzionamento dell’impianto in progetto determini un riciclo minimo delle acque di falda.
Simulazione 1° scenario: bolla termica dopo 1 anno (A), due anni (B) di funzionamento e fine ciclo estivo (C)
2° scenario
In questa ipotesi, altamente cautelativa, è stato considerato come il plume termico prodotto dagli impianti a monte determinasse, in corrispondenza del pozzo in esame, una temperatura dell’acqua di falda durante il ciclo invernale pari a 8°C e durante il ciclo estivo pari a 22°C.
Come osservabile dall’immagine sottostante l’impianto non altera in modo significativo la situazione indotta dagli impianti Intesa San Paolo e Provincia, provocando a seconda del ciclo una bolla termica con incremento o decremento delle temperature in atto di dimensioni ridotte.
Simulazione 2° scenario: bolla termica dopo 1 anno (A), 16 mesi (B) e 2 anni (C) di funzionamento