Panza freatica

Schema unui strat freatic

În hidrologie , pânza freatică sau acviferul liber este un tip de acvifer natural care aparține acviferelor neconfinite .

Descriere

Formare

Ciclul apei

Apele meteorice care cad pe suprafața pământului revin parțial în atmosferă datorită evaporării , alimentează parțial apele de suprafață și parțial, prin fracturile / porozitățile formațiunilor stâncoase permeabile superficiale, sunt capabile să percoleze în profunzime, până când nu se întâlnesc o formațiune impermeabilă (de ex. formațiune argiloasă sau compactă) care oprește mișcarea lor de percolare .

Treptat apa se așează și saturează toate golurile conținute în formațiunea permeabilă, formând zone de sol saturat numite roci de rezervor sau acvifere. Se poate întâmpla ca albia acviferului să nu fie formată dintr-o formațiune de roci, ci de apă de mare, așa cum se întâmplă de exemplu în acviferul Apulian . În acest caz, apa dulce, cu o greutate specifică mai mică , plutește pe apa de mare. Acest echilibru este descris de legea lui Herzberg , care stabilește o relație între înălțimile apei și greutățile specifice sării și apei dulci.

Clasificarea rocilor

Stâncile, pe baza porozității lor, pot fi împărțite în trei mari categorii:

roci permeabile în mare : de ex. calcarele carstice ;
roci permeabile pentru porozitate interstițială : de ex. pietrișuri, tufuri incoerente, nisipuri, pietricele;
impermeabil oc : de ex. roci compacte ne-fisurate, argile.

Caracteristici hidraulice

Nivelele freatice sunt de obicei conținute în formațiuni permeabile care urcă la suprafața solului (acvifer liber). Apa nu le ocupă în totalitate, ci doar în partea inferioară, care se sprijină pe baza formațiunii impermeabile, numită „patul” acviferului ( aquiclude ). În partea superioară, spațiile lăsate libere de particulele solide, care constituie formarea permeabilă, sunt ocupate de aer în comunicare cu atmosfera (zona de aerare). Toate punctele stratului freatic în care lichidul se află la presiunea atmosferică constituie suprafața piezometrică (sau freatică sau liberă) a stratului freatic. Această suprafață este orizontală în cazul unui pas static, în timp ce în cazul unui pas în mișcare are o pantă în direcția mișcării.

Pânza freatică dinamică este similară unui canal cu suprafață liberă, spre deosebire de pânza freatică arteziană, care este similară cu o conductă sub presiune. Suprafața piezometrică nu coincide în mod normal cu suprafața de separare apă-aer din cauza creșterii capilare . De fapt, foramina prezentă în formațiunea permeabilă, dacă este mică, se poate comporta ca niște tuburi capilare, permițând apei să se ridice deasupra suprafeței piezometrice.

Zona ocupată de lichidul de deasupra pânzei freatice se numește franjuri capilare. Grosimea sa poate varia de la câțiva centimetri la câțiva metri, în funcție de mărimea golurilor formațiunii permeabile. Prezența acceselor naturale (în greacă phréar , phréatos , adică „fântână”) permite extragerea apei din adâncurile solului prin fântâni ( fântâni freatice ) și utilizarea pompelor.

Suprafața apelor subterane

Tendința suprafeței piezometrice a unui acvifer (dinamică) se măsoară prin intermediul țevilor plasate în forarea solului (puțuri sau piezometre) care ajung în zona saturată. În conducte apa crește până la nivelul suprafeței piezometrice. Odată ce dimensiunile topografice ale punctelor de măsurare (godeuri sau piezometre) sunt cunoscute, distanța dintre suprafața topografică și suprafața piezometrică este măsurată în aceste puncte folosind instrumente adecvate (de exemplu, freatimetru). În acest fel, înălțimile suprafeței piezometrice în raport cu nivelul mediu al mării pot fi obținute la diferitele puncte de măsurare.

Aceste înălțimi pot fi interpolate pentru a obține izopiaze (sau izofreatice), adică liniile cu înălțime piezometrică egală, care, la fel ca izoipsa unei hărți topografice, oferă o idee clară despre cursul și mișcarea acviferului.

Mișcări de filtrare

Datorită dimensiunilor modeste ale canalelor disponibile în formațiunile permeabile, apa prezentă în acvifere se caracterizează printr-o mișcare foarte lentă, numită mișcare de filtrare. Mișcarea de filtrare aparține, așadar, categoriilor de mișcări în regim vâscos (sau laminar sau Poiseuille ) în care viteza este proporțională cu rata piezometrică.

Această proporționalitate este bine descrisă de legea lui Darcy .

$v=kJ$ ${\ displaystyle v = kJ}$ ${\ displaystyle v = kJ}$

unde este:

v este viteza în m / s
k este coeficientul de permeabilitate (sau conductivitatea hidraulică) a acviferului sau a mediului filtrant în m / s
J este scăderea piezometrică în m / m

Cu toate acestea, acolo unde rocile filtrante au foramina mare (permeabilitatea în mare), mișcarea apei poate fi, de asemenea, turbulentă și, prin urmare, în aceste cazuri proporționalitatea dintre viteză și cădere încetează să mai fie valabilă (în aceste cazuri căderea este proporțională cu pătratul vitezei).

Rata de filtrare este o viteză fictivă prin care mișcarea generală a fluidului în sol este sintetizată prin legea lui Darcy. Cunoașterea vitezei efective este practic imposibilă datorită complexității mari a sistemului de tuneluri de-a lungul căruia filtrele de apă care fac ca vectorul viteză să ia direcții și module foarte variabile de la punct la punct.

Determinarea direcției și direcției pânzei freatice

Există o procedură grafică destul de simplă pentru a determina direcția și direcția pe care apa o urmează pentru a se deplasa sub pământ.

Să presupunem că avem trei puțuri, numite P ₁ , P ₂ și P ₃ dispuse în funcție de vârfurile unui triunghi.

Nivelul apei subterane este detectat la fiecare fântână și numim aceste niveluri respectiv h ₁ , h _2, h ₃ .

Să presupunem că este h _2> h _1> h ₃ .

Pe latura triunghiului P ₂ P ₃ , cu o proporție simplă, se identifică punctul D în care pânza freatică are aceeași înălțime h ₁ măsurată în groapa P _1.

Îmbinarea LA P ₁ -D reprezintă urmele suprafeței izofreatice de înălțime h _1.

Linia normală către P ₁ -D care trece prin centrul de greutate al triunghiului dă direcția de mișcare a stratului freatic, direcția evident cea care merge de la cele mai înalte la cele mai mici altitudini.

Modulul vectorului poate fi calculat cu legea lui Darcy .

Utilitate

Pânza freatică joacă un rol fundamental în agricultură sau pentru furnizarea apei prin utilizarea puțurilor. Cantitatea de apă poate varia în mod evident în funcție de schimbarea anotimpurilor (iarna nivelul este mai mare, deoarece nevoia de apă este în general mai mică) sau cu creșterea sau scăderea intensității ploii. De asemenea, intensitatea vegetației de suprafață determină variații ale nivelului apei, precum și utilizarea acesteia de către o comunitate de ființe umane care pot extrage apă pentru uz civil sau industrial, precum și pentru irigarea câmpurilor. ^[1] . În cazul în care nivelul apei subterane scade prea jos, este posibil să se introducă artificial mai multă apă cu un proces numit „impinguamento” sau „reîncărcare” care poate implica abaterea unui curs de apă sau introducerea apei dintr-un lac din apropiere prin irigații și tancuri construite la suprafață ^[2] .

Notă

^ AG Pazardjklian, Collins Dictionary of the Environment , pe books.google.it , Gremese Editore, 1998, 113-114. Adus la 8 august 2011 .
^ Ardito Desio , Geologie aplicată ingineriei , pe books.google.it , Hoepli Editore, 1973, p. 298. Adus pe 8 august 2011 .

Bibliografie

Citrini, Noseda: Hidraulică , CEA
Orabona, Lecții de hidraulică , Adriatica Editrice
Giuseppe Frega, Lecții de apeducte și canalizări , Liguori Editore

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

( EN ) Apele subterane , pe Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Controlul autorității	Tezaur BNCF 32827

Portalul de geologie

Portalul de pedologie

[1] AG Pazardjklian, Collins Dictionary of the Environment , pe books.google.it , Gremese Editore, 1998, 113-114. Adus la 8 august 2011 .

[2] Ardito Desio , Geologie aplicată ingineriei , pe books.google.it , Hoepli Editore, 1973, p. 298. Adus pe 8 august 2011 .

[1]

[2]