Integral Pumping Test - Una nuova metodologia di indagine

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Integral Pumping Test - Una nuova metodologia di indagine
Integral Pumping Test
- Una nuova metodologia di indagine Zanini Andrea, Tanda Maria Giovanna
Dipartimento
Dipartimento di
di Ingegneria
Ingegneria Civile,
Civile, dell’Ambiente
dell’Ambiente ee Territorio
Territorio ee Architettura
Architettura
Università
degli
Studi
di
Parma
Università degli Studi di Parma
Viale
Viale G.P.
G.P. Usberti
Usberti 181/A
181/A 43124
43124 Parma
Parma
http://projectfoks.eu
Il progetto INCORE
INCORE: Progetto di ricerca finanziato dalla Comunità europea
nel quinto programma quadro (n° contratto: EVK1-CT-1999-00017).
WP1: Raccolta dei dati
Scopi dei WP 2 e 3:
WP2: Implementazione delle Applicazione della
metodologia ad un caso
IPT
reale
WP3:Scientifico
Interpretazione
dei datiAmministrazioni
Ingegneria
Realizzazione
Stimare il flusso
di massa
transitante
lungo un
WP4:•Univ.
Analisi
in •Umweltwirtschaft
sito
•Comune di Milano
di Tubinga
•Milano-Italia
piano di•Strasburgo-Francia
controllo
•Comune di Stoccarda
di MilanodelStoccarda
WP5:•Polit.
Stima
rischio
•BRGM
•Univ di
•Stoccarda-Germania
il profilo di
•ComuneIndividuare
di Strasburgo
Strasburgo
Strasburgo
WP6: Azioni di bonifica
•Linz-Austria lungo un
concentrazione
•UBAU Austria
•IETU Katowice
piano di•Bydsgoz-Polonia
controllo
WP7: Concetti amministrativi
Ipotizzare la posizione della
sorgente inquinante
Questa
metodologia
è
basata sulla quantificazione
integrale degli inquinanti
presenti
in
falda,
considerando
i
siti
industriali invece dei singoli
siti, ottenendo un elevato
livello
di
affidabilità
nell’indagine.
Cycle I
Plume Screening
Cycle II
Source Screening
Investigation
Chronology
Il
progetto
INCORE
propone un
innovativo
di
approccio
ciclico
indagine, che parte dallo
studio dei pennacchi di
inquinante nelle acque
sotterranee su larga scala
(aree industriali) e termina
con la bonifica delle sole
aree inquinate.
Assessment
Revitalisation
Fit for Use
Investigated Area
[m²] /Cycle
Regained Land
[m²]
Costs/
(m² and Cycle)
Cycle III
Source/Plume Remediation
Metodologia tradizionale
(Ptak, 2003)
Ciclo I: identificazione del pennacchio
La caratterizzazione dei pennacchi avviene attraverso le prove di
pompaggio integrali (IPT), eliminando le limitazioni dovute
all’interpretazione dei dati puntuali.
Le IPT sono prove di pompaggio di lunga durata effettuate su
diversi pozzi posti perpendicolarmente al normale flusso della
falda, (massima area di cattura). Durante le prove vengono
raccolti dei campioni di acqua a predeterminati istanti.
Risultati:
•Distribuzione spaziale della concentrazione di contaminante
•Identificazione della posizione del pennacchio
•Quantificazione del flusso di massa nell’acquifero
Ciclo I: identificazione del pennacchio
(Ptak Teusch, 2000)
Ciclo I: identificazione del pennacchio
Ipotesi di base






Moto di fondo indisturbato
Piano di controllo ortogonale al flusso
Sorgente di inquinante puntuale
Sorgente di inquinante continua nel tempo
Sovrapposizione delle aree di cattura dei
pozzi adiacenti
Assenza di mutuo disturbo tra due pozzi
adiacenti
Ciclo I: identificazione del pennacchio
Attraverso l’inversione analitica proposta da Schwartz (1998), è
possibile valutare la concentrazione di inquinanti lungo il piano di
controllo partendo dai grafici concentrazioni-tempo forniti dalle IPT.
π i1  
r
r
ci   c k  arccos k 1  arccos k

2 k 1 
ri
ri
ci 
r
arccos i1
ri
n

M  2 c i Q i



ri 
Q  ti
π  h  ne
Q i  k  i  h  ri 1  ri 
i 1
Le curve concentrazione-tempo sono state elaborate insieme al flusso
sotterraneo Qi, la portata estratta dai singoli pozzi Q, lo spessore saturo
h, la permeabilità k, e la porosità efficace ne per ottenere un grafico
concentrazione-distanza dal pozzo pompante. La formula tiene conto
di una distribuzione simmetrica intorno al pozzo pompante. M
rappresenta la massa transitante attraverso il piano di controllo.
Ciclo I: identificazione del pennacchio
rt
Tubo
 di
flusso
C t 1di
Tubo
flusso
Concentrazionealal
Concentrazione
tempo
tempo
t t+1
ct ct+1
π i 1  
rk 1
rk 

ci  alc ktempo
arccost+1  arccos 
Isocrona

 Isocrona
2 k 1 al tempo tri
ri 
ci 
r
arccos i 1
ri

cct t  c t
rt+1
…
Risultati dell’inversione analitica
150
P36
TCE
PCE
125
100
75
50
25
0
2
1x10
Concentrazione invertita - raggio
3
1x10
4
1x10
5
1x10
Tempo [s]
6
1x10
7
1x10
Concentrazione invertita [ g/l]
Concentrazione misurata [ g/l]
Concentrazione misurata - tempo
150
P36
TCE
PCE
125
100
75
50
25
0
0
5
10
15
20
25
Raggio [m]
30
35
40
Ciclo I: identificazione del pennacchio
Non unicità della soluzione: il grafico concentrazione-raggio
non indica se il pennacchio di inquinante è a destra o a sinistra
del pozzo
Ciclo I: identificazione del pennacchio
Per ridurre le soluzioni possibili è necessario confrontare
grafici concentrazione-raggio di più pozzi vicini.
Ciclo I: identificazione del pennacchio
Utilizzando diversi pozzi, (le cui aree di cattura si
sovrappongono), è possibile estendere l’area di indagine e
confrontare i grafici concentrazione raggio tra i pozzi
adiacenti.
Questo permette di ridurre la non unicità della soluzione.
Ciclo II: identificazione della sorgente
20
20
20
20
Inverted concentrations in the aquifer [ug/l]
16
20
W3bis
TCE
12
PCE
8
Inverted concentrations in the aquifer [ug/l]
16
P1003
TCE
PCE
12
8
Inverted concentrations in the aquifer [ug/l]
0
10
20
30
Radius [m]
20
P1001
TCE
PCE
Inverted concentrations in the aquifer [ug/l]
16
12
8
4
0
0
10
20
Radius [m]
30
40
20
W1
TCE
PCE
Inverted concentrations in the aquifer [ug/l]
16
12
8
4
0
0
10
20
30
Radius [m]
40
50
10
20
30
Radius [m]
0
40
50
TCE
PCE
12
8
10
20
Radius [m]
30
40
0
0
0
4
P1013
0
40
50
10
20
30
Radius [m]
0
0
8
8
0
16
TCE
PCE
16
12
4
4
0
12
TCE
PCE
4
4
P1002
P1012
Inverted concentrations in the aquifer [ug/l]
Inverted concentrations in the aquifer [ug/l]
16
10
20
Radius [m]
30
40
40
50
Ciclo I: identificazione del pennacchio
Il confronto di più pozzi permette di ricostruire il profilo
di concentrazione lungo il piano di controllo
?
Ciclo II: identificazione della sorgente
Backtracking
Legenda
Siti contaminati
Confini del sito
Area indagata
Piano di controllo
Pozzi IPT
Chilometri
Risultati progetto INCORE (2003)
Studio lunghezza pennacchi di contaminante
(Schiedek Grathwohl Teutsch, 1997)
Organizzazione prove IPT
1.
2.
3.
4.
Studi preliminari
Implementazione
di
un
modello
numerico dell’acquifero per simulare il
flusso e il trasporto di inquinanti
Definizione dei piani di controllo e
progettazione IPT
Esecuzione delle prove e analisi dei
risultati
1. Studi preliminari
•
Studio della falda
Analisi storica dati di falda
• Direzione principale di moto
• Gradiente
• Parametri idraulici dell’acquifero
•
•
•
Raccolta dati stratigrafici e analisi della
geologia degli acquiferi
Analisi chimiche
Campionamenti sui piezometri disponibili
• Raccolta dati storici
•
•
Analisi storica delle possibili fonti di
contaminazione
Area da investigare
2. Modellazione Numerica
Realizzazione di un
modello numerico
dettagliato dell’acquifero
•Dimensione
della griglia:
Y=1520100.00
Y=1520100.00
106.49
PZA
Y=1519900.00
43
106.26
Y=1520000.00
45
106.63
PZB
44
105.93
106.74
310 6 .3 8
110
59
106.73
31
106.50
33
106.53
34
107.13
PRO1
36
e
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z
c in
b i nar i
35
40
i
ar
n
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Pozzo
raggi er
bi
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Bolog
acque
C.S
10
9
10 7.5
.0 54
5 6.9PZ2
107.85
107.98
CS105.71
5
pi ezometr o
22
23
R o g g i 1a05 .8 5
1 08 .31
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T
area
1500
T r i ul z a
piez ometro
X=5031800.00
PZ8
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29
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pi ezometr o
Via
30
R
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Y=1520000.00
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Y=1519900.00
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Y=1519800.00
nz
Y=1519700.00
m
102
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Y=1519600.00
n z
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Y=1519500.00
ci
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di
111
X=5031600.00
Y=1520200.00
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f o
s
L INEA
PC4-A.M.S.
106.51
s
s
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mu
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X=5031700.00
1600
28
2
104.58
CS
4110.47
1 1110.66
1.10
110.55
110 .98
106.07
110.68
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c i 111.01
n t 106.00
106.03
a
101
LIN
Y=1519200.00
PZ9
110.27
112.33
110.63
106.37
d i 110.61
110.95
107.58
110.62
110.81
CS3
11
0.9
1106.98
e
Y=1519400.00
on
Y=1519300.00
n z
i
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26
PC5-A.M.S.
106.53
110.19
PC3-A.M.S.
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Via
a
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PZ3
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106.07110.43
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X=5031600.00
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X=5031900.00
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105.76
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X=5031700.00
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p iezometr
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10
108.23
X=5032000.00
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PC1
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106.61
mur o
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s 0109.67
106.7
109.69
09 .9 9
1091.65
106.32
109.85
5.22 106.07
106.56
148
106.21
19
14
ZONA IN C.L.S. DI VINCOLO
C.S.
10 6.8
piezometr
o 76
S3
106.03
C.S
. 03
10
5.7
6
13
06 .7 7
103.95
103.91
106.49
106.53
17
s
di
84
106.46
X=5031800.00
106.5 1
2 .1 8
1B07
18
Y=1520100.00
ra
01 .4 8
10 06
106.45
103.81
0
pi6
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st
103.57103.63
103.50 103.62
103.55
103.58
103.62
103.60
103.65
103.60
103.29
106.51
103.29
103.79
11
PZ7
104.49
ZONA IN C.A.
DI VINCOLO
103.84
12
6
10
07 .04PZ11
PZ1
10 7.1 8
110 6.85
•Griglia di 15m
x 15m
all’interno del
sito
m u ro
108.11
10 8.4 2
64
63
76
106.88
86
107.47
M4
10 7.0 6
LE
4
108
.01
107.15
106.56
106.53
CS 1
107.24
67
109.86
AREA "Bistoletti"
Roggia
Y=1519650.00
v as ca d i
equal izzazi one
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62
69
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68
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mur o i n demoli zione
b i na r i o
72
110.22
70
109.78
75
107.33
X=5031900.00
X=5032100.00
103.28
106.51
EX VASCA DI CONTENIMENTO
mur o in demol izi one
S1 s t r a d i n a
1000
1 03.29
106.55
cuni colo
scor ri mento
vasca in c.a.
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74
107.05
71
107.37
73
107.49
X=5032200.00
POZZO 3
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50
0 .29
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06
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107.60
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37
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pozzo
38
SV08
SV09
AS09
AS10
AS08
SV12
AS11
SV11
SV10
AS12
POZZO
11
pozzo
SV13
AS13
SV03
AS03
SV06 SV14
AS14
AS07
SV02
AS01
SV05
AS04
SV01
AS06
AS02
SV04
SV07
AS05
X=5032100.00
Via
PRO2
X=5032200.00
EST
X=5032300
Y=1519800.00
Y=1519700.00
Y=1519600.00
Y=1519500.00
Y=1519400.00
Y=1519300.00
Y=1519200.00
•Griglia
regolare di 1m x
1m all’interno
dell’area delle
prove di
pompaggio
•Griglia di 50m
x 50m al di
fuori del sito
Meton
•400.000 celle
2. Modellazione Numerica
Modello Locale
•Dimensioni della
griglia:
•1m x 1m intorno ai
pozzi utilizzati nelle
prove di pompaggio
•Griglia di 5m x 5m
altrove
•65.000 celle
3. Definizione dei piani di controllo
•
•
•
Individuazione della posizione dei piani
di controllo sulla base del tipo di
contaminante
Definizione del numero di pozzi
necessari
Localizzazione dei pozzi
Definizione delle portate
• Esistenti o da costruire
• Definizione dei tempi di pompaggio
• Definizione dei periodi di pompaggio
•
•
Definizione del numero di campioni
3. Definizione dei piani di controllo
•
Definizione dei tempi di campionamento:
•
•
•
•
Fissare l’area di cattura del singolo pozzo
Fissare numero di campionamenti
Ogni campionamento deve contenere la
medesima quantità di informazioni
NB possibilità di campionamenti notturni e/o
week end
3. Definizione dei piani di controllo
IMPORTANTE
•
•
•
Deve esserci una sovrapposizione tra le aree
di cattura di pozzi adiacenti
I pozzi non si devono disturbare a vicenda di
conseguenza tra una prova IPT e la
successiva bisogna attendere il ripristino del
flusso naturale della falda
La definizione del numero di campioni e del
tempo di campionamento deve garantire la
medesima quantità di informazione per ogni
campionamento
44
PZA
105.93
Y=1520100.00
106.49
Y=1520100.00
43
106.26
Y=1520000.00
45
106.63
Y=1519900.00
Y=1519800.00
Y=1519700.00
Y=1519600.00
Y=1519500.00
Y=1519400.00
Y=1519300.00
Y=1519200.00
3. Piano di controllo
PZB
110
106.74
3
106 .38
X=5032300.00
59
106.73
31
106.50
33
106.53
34
107.13
EST
5032300
X=5032300
PRO1
PRO2
36
Via
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9
piez omet ro
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Binari o
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X=5032200.00
X=5032200.00
10
SV08
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39
SV12
41
AS11
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Toledo
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POZZO 11
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SV13
SV03
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MW3\a
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SV02
s o tt os ta z io ne
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X=5032100.00
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103. 79
11
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P1013
P1003P1012
W3 bis
WBR1
P7
106. 45
cu n ic olo
103.84
M4
12
1 07 .0 6
bi na r io
71
107.37
W2
S1
v as ca
W3
s tr ad i na
73
107.49
104.49
ZONA IN C.A. DI VINCOLO
b in ar io
muro in demolizi one
74
107.05
103.81
PZ7
60
1 0 7. 04
1
10 6 .8 5
di
106.51
PZ11
60
1 0 7.0 4
equaliz zaz ione
piez ometr o
B2
1 0 7. 18
P Z1
1 0 7.1 8
103.95
18
103.91
106.49
106.53
in
4
c .a.
3
62
108.01
W3bis 106.56
107.15
107. 24
63
1 0 6. 77
106. 53
PRO3CS 1
108.11
103. 57
1 08 .4 2
1400
19
103. 63
70
109.78
103.62
103.50
103.55
17
103. 62
103. 60
103.60
103.65
X=5031900.00
c i n ta
P1002
67
109.86
1 32 K V
103. 58
69
110.27
Vi a
X=5031900.00
ra d
WBR1PZ2
14
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64
68
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s
10 6.48
a
t r
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c inta
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72
110.22
75
107.33
fosso
le
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di
ZONA IN C.L.S. DI VINCOLO
a
15
76
106.88
P4
di
P1001
s tr a d in a
16
S2
PC1AMS
re
pi ezometro
ci
nz
100.78
io
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S3
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s
tr
a
in
PC1
107.30
s
in
a
PZ9
a
CS 6
piezometro
108.23
2
1 0 8.3 1
ENEL
109.67
1500
mur o
in
109.69
piezometro
CS 2
109. 65
106.32
107.89
1 09 .9 9
s tr a d in a
P2
d
X=5031800.00
d
W1
a
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21
10 5 .7 03
106.70
20
106.37
100.68
a
ra
st
5031800
C.S .
X=5031800.00
d
Roggia
C. S .
1 0 6. 87 6
P3
84
106.46
109.85
5.22
106.56
106.07
PC2-A.M.S.
W1
di
AREA "Bistoletti"
86
107.47
C.S .5
54
1 0 7. 05
1 0 6.9 9
PZ2
106.61
piez ometr o
22
PZ3
107.85
105. 71
23
10 5.85
107. 98
24
CS 5
10 8 .31
AREA DISCARICA
105.76
PZ4
stradina
Ro g gi a
26
T ri ulz a
m ur o
148
106.21
PZ8
PC5-A.M.S.
106.53
110.19
mu
ro
T ol ed
o
piez ometr o
in
ta
106.07
110.43
X=5031700.00
112.33
106. 37
110.63
1600
PC3-A.M.S.
107.05
110.61
28
di
29
110.95
107.58
2
110.62
110.81
CS3
re
ci
n
104. 58
1 10 .9 6
zi
o
110.98
ne
f o
CS 4
1 1 1. 10
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110.66
s
so
o
101
f o
106. 07
106.00
ta
PC4-A.M.S.
106.51
piezometro
30
Vi a
106.03
Bolog
na
111.01
c in
re c i n z i o
ne
LINEA
110.68
110.92
111
ss
110.55
110.98
AREA
X=5031700.00
TAN
GEN
ZIA
5031700
c
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110. 27
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R
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1700
T
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a
X=5031600.00
ss
o
X=5031600.00
fo
REDAELLI
102
re
c
mu
ro
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m
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c
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To
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1800
V ia
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EST
5031600
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MO
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DI
SO
N
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112
ci
n
zi
on
e
2100
5031500
1519100
1519300
1519500
1519700
1519900
1520100
Y=1520200.00
Y=1520100.00
a
Y=1520000.00
in
Y=1519900.00
d
Y=1519800.00
ra
Y=1519700.00
Y=1519600.00
Y=1519500.00
Y=1519400.00
Y=1519300.00
st
Y=1519200.00
Piano di
controllo
F
a
nt
X=5032000.00
TA NG
103.29
sc orri mento
79
107.63
106.51
T oledo
S1bis
EN ZIA
Y=15 19650.0 0
P1
77
107.41
Roggia
P6
80
106.54
X=5032000.00
s t r a da
5032000
EX VASCA DI CONTENIMENTO
v as ca in c .a.
81
106.82
3. Piano di controllo
3. Piano di controllo
Durata di pompaggio: 7
giorni per ogni periodo
Primo periodo di
pompaggio: P1003P1013
Secondo periodo di
pompaggio : W1P1002
Terzo periodo di
pompaggio : P1001W3 bis-P1012
Massima
sovrapposizione:
10%
4. Interpretazione dei risultati
I dati di concentrazione tempo raccolti durante le
prove IPT possono essere interpretati in diversi
modi:
• Analiticamente mediante la formulazione di
Schwarz (1998)
• Analiticamente mediante il software MAGIC
www.magic-cadses.com
•
Numericamente mediante i softwares:
• C-Stream (Bayer Raich et al., 2006)
• VINMOD (Zeru Schafer, 2008)
Risultati mediante C-STREAM
[µg/l]
0
50
100
150
[m]
200
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Costi (2003)
Unità
Italia
Germania
Austria
Francia
Costo totale /
lunghezza
piano
controllo
[€/m]
294
289
295
354
Costo totale /
superficie
[€/m2]
19.60
96.33
32.73
47.80
Costo totale /
volume
pompato
[€/m3]
1.05
9.01
4.42
3.61
Costo totale /
pozzo
[€/pozzo]
19.3000,00
22.100,00
16.200,00
62.000,00
Costo totale / lunghezza piano controllo: 300 €/m
Costo totale / pozzo: 20.000,00 €
Conclusioni sulla metodologia
•
Utilizzando questa metodologia si può individuare la distribuzione
degli inquinanti lungo il piano di controllo
•
Questi risultati non possono essere ottenuti attraverso la rete di
piezometri esistenti
•
Una volta che il pennacchio di inquinante è stato individuato,
attraverso le IPT, è possibile ipotizzare l’area che contiene la
sorgente, attraverso metodologie di backtracking e di analisi della
lunghezza dei pennacchi
Per acquiferi con trasmissività inferiore a 10-5 m2/s il metodo
potrebbe non essere economicamente vantaggioso
•
•
Risulta possibile indagare l’acquifero sottostante una discarica
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Integral Pumping Test
- Una nuova metodologia di
indagine Zanini Andrea
Tanda Maria Giovanna
Dipartimento di Ingegneria Civile,
dell’Ambiente e Territorio e Architettura
Università degli Studi di Parma
Viale G.P. Usberti 181/A 43124 Parma
e-mail: [email protected]
e-mail: [email protected]

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