Course Syllabus
Obiettivi
Fornire competenze circa: le caratteristiche di terreni e rocce che controllano l’immagazzinamento e circolazione di acqua nel sottosuolo, la stima della riserve idriche sotterranee e della risorsa idrica rinnovabile; i rapporti acque superficiali e profonde, l'idrochimica delle acque sotterranee e i principi dell'evoluzione del chimismo delle acque; la classificazione delle sorgenti e del loro regime idraulico; la realizzazione di opere di presa e captazione; la caratterizzazione degli acquiferi con prove di portata per la determinazione dei parametri idraulici delle falde. L'impiego di soluzioni analitiche e numeriche per la soluzione di problemi e l'interpretazione delle prove. Cenni sui metodi e la normativa per la difesa delle risorse e dei punti di captazione.
La seconda parte del corso "IDROGEOLOGIA APPLICATA" è mirata all'idrogeologia dei contaminanti, la tipologia di sostanze coinvolte, la fisica del trasporto in acque sotterranee, le prove di tracciamento, equazioni di trasporto con termini per reazione e assorbimento, le soluzioni per la determinazione dei parametri idrodispersivi, le tecniche di misura e campionamento attivo e passivo delle acque e dei contaminanti, tecniche di messa in sicurezza, bonifica e disinquinamento sia per le condizioni sature che insature. Per la parte di trasporto di calore verranno fatti cenni che saranno integrati nel dettaglio nel corso di GEOENERGIA
Contenuti sintetici
Lo studente apprenderà nozioni base ed avanzate di idrogeologia e idrogeologia applicata e dei contaminanti, nonché di monitoraggio, messa in sicurezza e bonifica.
Processi di trasporto dei contaminanti:
Avvezione, dispersione e diffusione
Assorbimento e ritardo dei contaminanti
Caratterizzazione delle fonti e meccanismi di rilascio
Modellazione del destino e del trasporto dei contaminanti
Trasporto reattivo e processi di biodegradazione
Indagine sul sito contaminante:
Tecniche di caratterizzazione del sito
Metodi di campionamento e analisi
Delimitazione del pennacchio di contaminanti
Reti di monitoraggio delle acque sotterranee
Valutazione del rischio e strategie di gestione
Bonifica delle acque sotterranee:
Sistemi di pompaggio e trattamento
Tecniche di bonifica in situ (es. biorisanamento, ossidazione chimica)
Barriere reattive permeabili
Attenuazione naturale potenziata
Valutazione delle prestazioni della bonifica
Modellazione delle acque sotterranee:
Principi di modellazione numerica
Sviluppo e calibrazione di modelli di acque sotterranee
Modellazione del flusso e del trasporto di contaminanti
Analisi dell'incertezza nella modellazione delle acque sotterranee
Convalida dei modelli e analisi di sensibilità
Argomenti emergenti:
Ricarica gestita degli acquiferi e banca delle acque sotterranee
Acque sotterranee e cambiamenti climatici
Governance e politica delle acque sotterranee
Impatto dell'urbanizzazione e dei cambiamenti nell'uso del suolo sulle acque sotterranee
Sostenibilità delle acque sotterranee e gestione delle risorse
Programma esteso
Idrogeologia generale:
Ciclo idrologico dell’acqua e circolazione in diversi ambienti geologici. Bilancio idrico: precipitazioni, temperature, evapotraspirazione reale e potenziale. Flusso idrico in condizioni sature ed insature in terreni, rocce porose e rocce fratturate. Porosità: origine e tipologie e ruolo nel flusso e nel trasporto. Ricostruzione ed interpretazione di superfici piezometriche e reticoli di flusso. Idrochimica: caratterizzazione chimico fisica delle acque sotterranee, residuo solido, solidi disciolti, conducibilità elettrica, bilancio ionico, distribuzione degli elementi principali, analisi e rappresentazione dei dati. Classificazione e analisi delle sorgenti, metodi captazione, analisi del regime e delle portate, curve di svuotamento. Progettazione e installazione di pozzi: la struttura dei pozzi, le modalità costruttive, le tecniche di manutenzione. Monitoraggio e interpretazione di test in pozzo e di pompaggio. Soluzioni per il flusso in condizioni stazionarie e transitorie per le diverse tipologie di acquifero. Prove in pozzo singolo. Slug tests. Processi multi-fluido. Pozzi immagine.
Idrogeologia applicata:
Campionamento in pozzo. Trasporto di soluti e migrazione di contaminanti in suoli saturi ed insaturi. Prove di tracciamento e caratterizzazione dei parametri idrodispersivi. Interazione tra matrice e soluti, coefficienti di distribuzione, coefficienti di ritardo. Composti organici ed inorganici nelle acque sotterranee. NAPL, caratteristiche chimico fisiche e modalità di migrazione. Contaminazione primaria e secondaria. Trasformazione, attenuazione e decadimento dei contaminanti. Biodegradazione: teoria, stime in sito e modelli. Opere per la messa in sicurezza e bonifica di siti contaminati. Analisi di rischio per la contaminazione di suoli e dell’acqua sotterranea. Normative di riferimento: legislazione regionale, nazionale e comunitaria in tema di acque sotterranee e superficiali.
Esercitazioni: costruzione di reti di flusso; soluzioni semplici del flusso idrico sotterraneo; interpretazione di test in pozzo.
Progettazione di attività di bonifica di siti contaminati.
Prerequisiti
È richiesta la conoscenza di base di Geologia Applicata, Metodi di indagine geologico tecnica, Fisica e Matematica. E' inoltre indispensabile avere seguito il corso di Idrogeologia Generale
Modalità didattica
- Lezione frontale
- Laboratorio
- Esercitazioni
Materiale didattico
Copia di lezioni e materiale su sito e-learning
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale
Sustainable Development Goals
Aims
To provide skills about: the characteristics of soils and rocks that control subsurface water storage and circulation; estimation of groundwater reserves and renewable water resource; surface and deep water relationships; hydrochemistry of groundwater and principles of the evolution of water chemistry; classification of springs and their hydraulic regime; construction of intake and catchment works; characterization of aquifers with flow tests to determine hydraulic parameters of aquifers. The use of analytical and numerical solutions for problem solving and interpretation of tests. Notes on methods and regulations for resource and catchment point defense.
The second part of the course "Contaminant Hydrogeology" is aimed at the hydrogeology of contaminants, the types of substances involved, the physics of transport in groundwater, tracer tests, transport equations with terms for reaction and adsorption, solutions for the determination of hydrodispersive parameters, active and passive water and contaminant measurement and sampling techniques, and techniques for securing, remediation and de-pollution for both saturated and unsaturated conditions. Mention will be made for the heat transport part, which will be integrated in detail in the GEOENERGY course
Contents
Students will learn basic knowledge on hydrogeology, applied and contaminant hydrogeology, treatment of contaminated sites
Contaminant Transport Processes:
Advection, dispersion, and diffusion
Contaminant sorption and retardation
Source characterization and release mechanisms
Contaminant fate and transport modeling
Reactive transport and biodegradation processes
Contaminant Site Investigation:
Site characterization techniques
Sampling methods and analysis
Contaminant plume delineation
Groundwater monitoring networks
Risk assessment and management strategies
Groundwater Remediation:
Pump-and-treat systems
In-situ remediation techniques (e.g., bioremediation, chemical oxidation)
Permeable reactive barriers
Enhanced natural attenuation
Remediation performance assessment
Groundwater Modeling:
Numerical modeling principles
Development and calibration of groundwater models
Modeling of flow and contaminant transport
Uncertainty analysis in groundwater modeling
Model validation and sensitivity analysis
Emerging Topics:
Managed aquifer recharge and groundwater banking
Groundwater and climate change
Groundwater governance and policy
Impacts of urbanization and land-use change on groundwater
Groundwater sustainability and resource management
Detailed program
Fundamentals of hydrogeology
Hydrologic cycle and water circulation in different geological systems. Hydrogeological balance: rainfall, temperature, real and potential evapotraspiration. Porosity definitions and use. Fluid flow in saturated and unsaturated soil, porous rocks or jointed rocks. Reconstruction and interpretation of piezometric surfaces and flow nets. Classification and analysis of springs, spring discharge regime, evaluation of spring discharge dynamics using recession curves, Hydrochemistry: physical chemical properties of groundwaters, TDS, dissolved elements their origin and their effects, data representation, plotting and analysis. . Well design and installation, drilling and construction techniques, purging, maintenance, materials. Monitoring and interpretation of well hydraulic testing and pumping tests under steady state and transient conditions. Well sampling techniques and problmes, methods and materials, sampling campaigns. Applying site characterization to model development.
Applied hydrogeology
Solute transport and contaminant migration in saturated and unsaturated soils. Tracer tests and characterization of dipersivity. Multi-fluid processes. NAPLs, physical chemical characteristics and transport in the vadose and saturated zones. Primary or direct and secondary contamination processes. Interaction between soil matrix and solutes. Transformation, attenuation and decay processes of solutes. Biodegradation: theory, in situ estimation, and modelling. Organic and inorganic compounds in subsurface water. Treatments at contaminated sites and groundwater remediation methods and techniques.
Risk analysis for soil and water contamination. Reference legislation: regional, national and european laws for superficial and subsurface water.
Lab exercises: Flow net construction, simple solution of water flow in porous media, interpretation of well tests.
Design of a reclamation scheme for different contaminated sites.
Prerequisites
A base-level knowledge in engineering geology, site investigation, physics and mathematics is required. IT is mandatory the acquisition of the credits in the course of Hydrogeology
Teaching form
- Lessons
- Laboratory experiences and problem solving
Textbook and teaching resource
All the lectures are downloadable form the elearning website
Semester
1st and second semenster
Assessment method
Oral
