Cusano, Delia (2022) Caratterizzazione e modellazione dei processi di ricarica degli acquiferi carbonatici dell’Appennino meridionale. Il caso di studio della dorsale carbonatica dei Monti Soprano-Vesole-Chianello. [Tesi di dottorato]

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Le acque sotterranee immagazzinate e trasferite dagli acquiferi carbonatici costituiscono una preziosa fonte di alimentazione per le grandi aree urbanizzate del mondo. Tali risorse sono principalmente utilizzate a scopo idropotabile, ma sono largamente impiegate anche in ambito agricolo ed industriale. Esse sono di cruciale rilevanza non solo per lo sviluppo socio-economico del territorio, ma anche per la conservazione degli ecosistemi fluviali, terresti e costieri che dipendono dalle acque sotterranee (Goldscheider, 2012). Attualmente si sta osservando un progressivo depauperamento qualitativo e quantitativo delle risorse idriche sotterranee conseguente a fenomeni di sovrasfruttamento e inquinamento generalizzato. È evidente che tali risorse devono essere ben tutelate anche perché, a causa della continua antropizzazione del territorio, che costituisce la principale fonte di contaminazione degli acquiferi, sono sempre più esposte a diffusi fenomeni di inquinamento (Cusano et alii, 2019; Tufano et alii, 2020). Inoltre, gli acquiferi molto carsificati presentano caratteristiche tali da esercitare uno scarsissimo contrasto alla propagazione degli inquinanti per l’elevata velocità del flusso e la scarsa capacità di autodepurazione. Pertanto, considerata la loro importanza strategica per l’approvvigionamento idrico attuale e del futuro, sono da ritenersi necessarie la stima della ricarica e la determinazione dei fattori che influenzano tali processi, al fine di garantire un uso sostenibile della risorsa idrica sotterranea. La presente tesi di dottorato è stata sviluppata nell’ambito del progetto internazionale MedWater (http://grow-medwater.de/home/), finanziato dal Ministero Federale dell'Istruzione e della Ricerca (BMBF) della Germania con l’obiettivo di giungere ad una gestione ottimale delle risorse idriche sotterranee degli acquiferi carbonatici in area mediterranea. È stata elaborata una procedura di studio per la caratterizzazione degli acquiferi carbonatici con particolare riferimento alla definizione del modello idrogeologico concettuale e l’analisi dei principali fattori che influenzano i processi di ricarica. Tale approccio innovativo è stato applicato al sito sperimentale che alimenta la sorgente Capodifiume (Capaccio, Provincia di Salerno, Italia meridionale), coincidente con il bacino sotterraneo della dorsale carbonatica dei Monti Soprano-Vesole-Chianello, rappresentativa di un’ampia porzione dell’Appennino meridionale. Gli approcci metodologici sviluppati, basati su attività di rilevamento in campo ed analisi di laboratorio, hanno permesso di avanzare le conoscenze sul ruolo idrogeologico delle coperture pedogenizzate (suoli) sui processi di ricarica degli acquiferi carbonatici. A tal fine è stata effettuata una caratterizzazione del sistema idrogeologico superficiale coperture-substrato carbonatico, identificando diverse tipologie di coperture di suolo, principalmente suddivise in aree ad intera copertura boschiva ed aree denudate. L’analisi degli spessori di suolo misurati in campo ha consentito l’elaborazione della mappa della tipologia di coperture di suolo dell’acquifero campione e la ricostruzione di una mappa stocastica degli spessori di depositi di copertura. Mediante analisi di laboratorio sono state ricavate le principali proprietà fisiche ed indice dei suoli campionati, classificati come sabbia con limo (SM) secondo il sistema di classificazione USCS. Sono state altresì stimate le proprietà idrauliche nei dominii della saturazione e sottosaturazione, determinando rispettivamente la conducibilità idraulica satura, Ksat, attraverso l’applicazione dell’equazione di Saxton (Saxton et alii,1986) e le Curve di Ritenzione Idrica del suolo (SWRCs) i cui parametri sono stati elaborati mediante modello di van Genuchten (van Genuchten et alii,1980). Inoltre, la definizione del modello idrogeologico concettuale, ottenuto attraverso l’applicazione di metodologie specifiche 2D e 3D, il monitoraggio dei valori di portata della sorgente Capodifume con frequenza circa mensile nonché il monitoraggio delle variazioni dei contenuti d’acqua dei depositi di copertura pedogenizzati, hanno permesso di valutare i principali fattori idrogeologici che influenzano i processi di ricarica dell’area in esame e implementare un modello di bilancio idrologico del suolo. Di particolare rilevanza tra i principali risultati ottenuti, sono da considerare le differenti aliquote di evapotraspirazione, osservate mediante monitoraggio, per le diverse tipologie di coperture di suolo. Questa osservazione ha consentito una tipizzazione del ruolo idrologico di dette coperture sui processi di ricarica, evidenziando una differente profondità alla quale si risentono gli effetti dell’evapotraspirazione. Ciò ha permesso di realizzare una mappa della riserva idrica utile disponibile, ai fini del bilancio idrico del suolo, per l’intera dorsale carbonatica indagata. L’applicazione del codice Soil Water Balance (SWB 1.2), sviluppato dall’USGS, ha permesso di effettuare una valutazione spazio-temporale della ricarica, validato mediante l’applicazione del bilancio idrico del suolo proposto da Thornthwaite-Mather (1957). Inoltre, la stima dei coefficienti noti in letteratura (EIC, Coefficiente di Infiltrazione Efficace, e AGRC, Annual Groundwater Recharge Coefficient, Allocca et alii, 2014), ha permesso di definire il diverso contributo delle tipologie di copertura individuate in termini di evapotraspirazione. Le maggiori aliquote di evapotraspirazione ricavate per le aree boschive e, al contrario, tassi più bassi di evapotraspirazione ottenuti per le aree denudate, sono in accordo con il modello clima-suolo-vegetazione presente in letteratura (Rodriguez-Iturbe et alii, 1999), secondo il quale le coperture boschive riducono il contenuto d’acqua del suolo mediante evapotraspirazione, causando una conseguente diminuzione della ricarica delle falde idriche sotterranee. Il presente lavoro consente di definire nuove linee di ricerca circa la quantificazione dei fattori che influenzano i processi di ricarica degli acquiferi carbonatici, con particolare riferimento al ruolo delle coperture di suolo sulla caratterizzazione di tali processi. I risultati raggiunti sono da ritenersi di particolare rilevanza scientifica in quanto rappresentano un avanzamento delle conoscenze idrogeologiche che, per gran parte degli acquiferi dell’Appennino meridionale, risultano essere di limitato grado di approfondimento e non sufficienti all’applicazione di modelli avanzati per la stima della ricarica in relazione a scenari di cambiamento climatico. Infine, gli approcci metodologici descritti sono da considerare esportabili ad altri acquiferi carbonatici che presentano condizioni tipiche riscontrabili in Appennino meridionale.

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