Modelli numerici e analitici per lo studio della possibile cross – contaminazione tra acquiferi in presenza di sonde geotermiche = Numerical and analytical methods for the assessment of possible cross - contamination between aquifers in the presence of borehole heat exchangers

La diffusione delle sonde geotermiche per la climatizzazione degli edifici ha suscitato, soprattutto in alcune autorità competenti, il timore che esse possano avere un impatto quantitativo e qualitativo sugli acquiferi. Il rischio percepito riguarda in particolare la possibile interconnessione tra diverse falde idriche in sistemi multiacquifero a opera della sonda geotermica, con la conseguente contaminazione della risorsa idropotabile.Questa problematica è stata affrontata nella tesi attraverso uno studio numerico di possibili scenari di contaminazione. E’ stato dapprima sviluppato un modello concettuale di un sistema multiacquifero nel quale la presenza di una sonda geotermica può comportare un flusso preferenziale da un acquifero superficiale, nel quale è presente un contaminante, e un acquifero profondo con una pressione minore. Sulla base di questo modello concettuale, è stata effettuata una analisi di sensitività attraverso una serie di simulazioni numeriche con il software FEFLOW®, un codice agli elementi finiti per la simulazione di flusso e trasporto di contaminanti. Inoltre, sono state individuate in letteratura delle soluzioni analitiche che, sotto opportune ipotesi semplificative, permettono di simulare la propagazione del contaminante.Le variabili più importanti, che emergono dall’analisi di sensitività, sono lo spessore dell’acquitardo e le conducibilità idrauliche dei materiali di riempimento di una sonda.Le condizioni idrogeologiche analizzate sono tra le più gravose osservabili nella realtà: è stata infatti ipotizzata una forte differenza di pressione tra le falde idriche (10 m), come osservabile ai piedi delle aree di ricarica degli acquiferi profondi, e un acquitardo piuttosto sottile (tra 2 e 10 m di spessore).L’indicatore scelto per la valutazione è la concentrazione in un ipotetico pozzo posto 200m a valle: tale valore è stato scelto sulla base delle indicazioni per le zone di rispetto geometrica dei pozzi secondo la legislazione regionale del Piemonte. I risultati delle simulazioni numeriche hanno identificato delle criticità esclusivamente in presenza di layer impermeabile di piccolo spessore e nei modelli in cui figurano conducibilità del materiale di riempimento superiori o uguali a 1E-04 m/s. Tali valori sono tipici di sabbie fini e quindi riconducibili a riempimenti in sabbia, senza addizione di aggregati fini: tale soluzione, talvolta adottata in altri Paesi, non risulta adottata in Italia, dove invece si procede alla cementazione del perforo della sonda. Il lavoro svolto ha quindi dimostrato l’efficacia delle miscele cemento–bentonite per l’isolamento idraulico degli acquiferi attraversati da una sonda geotermica e la prevenzione di fenomeni di migrazione preferenziale dei contaminanti attraverso la sonda stessa. Tale assunzione è valida purché la cementazione venga realizzata a regola d’arte.La modellazione del problema di trasporto è stata inoltre condotta in maniera semplificata in termini analitici, andando a ricercare formule e approcci teorici in letteratura. Lo schema concettuale è stato diviso in due parti: il moto che viene a crearsi nel corpo sonda e il trasporto del contaminante nell’acquifero inferiore.Le soluzioni individuate in letteratura tendono in generale a sottostimare le concentrazioni rispetto ai risultati numerici, pur fornendo risultati dello stesso ordine di grandezza quantomeno nei casi con maggiore permeabilità del perforo. Tale discrepanza potrebbe essere attribuibile al fatto che le soluzioni analitiche non tengono conto della perturbazione locale del campo di moto della falda in corrispondenza del perforo della sonda geotermica.