Studio idrogeologico e sperimentazioni numeriche della connettività in acquiferi alluvionali : il caso della pianura milanese

This thesis analyzes the possibility of using the connectivity concept to improve the hydrogeological study of an alluvial aquifer, with reference to the case of the Milan plain. In particular, the attention has focused on connectivity indicators, able to provide quantitative estimates of this property, from the porous matrix modeling. In order to apply these indicators to the real case, it has performed numerical experiments on synthetic aquifer models both to evaluate them effectiveness and to identify new indices, more functional to the study case; among those analyzed, the power average exponent of the permeability values and the ratio between the average transit time of water particles in the domain and the first 5% were the indices most effective; to them it be added two new indicators created by the reworking of those analyzed. The hydrogeological study of the Milan subsurface, made through appropriate stratigraphic sections, indicates the presence of three main litozone (gravel-sandy clay and sandy-clay), that formed two aquifer systems that, at first sight, have a higher connectivity in the Milan central area. The numerical experiments applied to the case of the Milan alluvial aquifer confirm this indication, and allow first, to identify further limits of flow connectivity indicators that are then modified by a correction factor depending on the amount of sand and its permeability and, subsequently, to indentify a decrease of connectivity with an increases of the observation scale. A further analysis on the case study highlights the effectiveness of the measures of connectivity, in simplified procedures of upscaling.

In questa tesi si analizza la possibilità di utilizzare il concetto di connettività per migliorare lo studio idrogeologico di un acquifero alluvionale, con riferimento al caso della pianura milanese. In particolare l’attenzione si è focalizzata su degli indicatori di connettività, capaci di fornire stime quantitative di tale grandezza, a partire dalla modellizzazione della matrice porosa. Al fine di applicare tali indicatori al caso di reale, si sono eseguite delle sperimentazioni numeriche su modelli sintetici di acquifero sia per valutare l’efficacia degli stessi sia per indentificarne di nuovi più funzionali al caso di studio; tra quelli analizzati, l’esponente della media di potenza dei valori di permeabilità e il rapporto tra il tempo di transito medio delle particelle d’acqua nel dominio e quello relativo all’arrivo del primo 5% sono risultati gli indici più efficaci; ad essi vanno aggiunti due nuovi indicatori creati dalla rielaborazione di quelli analizzati. Lo studio idrogeologico del sottosuolo milanese, effettuato tramite opportune sezioni stratigrafiche, evidenzia la presenza di tre litozone principali (ghioaioso-sabbiosa, sabbioso argilosa e argillosa) costituenti due sistemi di acquifero che, a prima vista, presentano una maggior connettività nella zona centrale di Milano. La sperimentazione numerica applicata al caso dell’acquifero alluvionale della pianura milanese conferma queste indicazioni, e permette innanzitutto di individuare ulteriori limiti degli indicatori della connettività di flusso che vengono quindi modificati tramite un fattore correttivo funzione della quantità di sabbia e della sua permeabilità e, successivamente, di cogliere un decremento delle connettività all’aumentare della scala di osservazione. Un ulteriore analisi sul caso di studio evidenzia l’efficacia delle misure di connettività, all’interno di procedure semplificate di variazione di scala.