Alcuni approfondimenti sulle variazioni dei livelli piezometrici rilevati nell’acquifero carsico che alimenta le sorgenti di Su Gologone (Sardegna centro – orientale)

Autori:

Francesco Murgia – Gruppo Grotte Nuorese

Giovanni Badino - Università di Torino

Salvatore Frau - Università di Sassari

 

 

Riassunto

Nel seguito, si illustrano alcuni approfondimenti sulle analisi svolte negli anni 2013 e 2014 con l’utilizzo dei dati di un monitoraggio idrogeologico effettuato dal Gruppo Grotte Nuorese finalizzato alla valutazione dell'evoluzione dei livelli idrici nell’acquifero carsico del Supramonte, una estesa placca di calcari mesozoici che si estende per oltre 160 km2 nella Sardegna centro-orientale. Tali analisi, alle quali si rimanda anche per un inquadramento generale del tema trattato, sono pubblicate in: http://gruppogrottenuorese.it/l-indagine/263-analisi-sull-evoluzione-dei-livelli-idrici.

Nel succitato articolo, l'esame dei dati era indirizzato principalmente alla verifica delle modalità di deflusso delle acque di piena nel sistema carsico di Su Bentu ed alla definizione delle direzioni di drenaggio idrico dalle aree sotterranee di percolamento verso il carso saturo. Nello stesso contesto d'analisi si erano poste le basi osservative per indagare sull'origine di alcune anomale oscillazioni periodiche di livello idrico osservate in fase di massima magra. Nel presente approfondimento, invece, le variazioni di livello rilevate sono state analizzate in funzione della variazione della piezometria nell'acquifero carsico del Supramonte alle quote più prossime al carso saturo, consentendo di determinare, con buona approssimazione, la pendenza della superficie piezometrica e il cadente dell'acquifero che alimenta le sorgenti di Su Gologone in fase di magra nonché di avere nuove indicazioni sulle geometrie delle condotte idriche deputate al drenaggio dell'acquifero e sulla loro vulnerabilità. 

Parole chiave: acquifero carsico, superficie piezometrica, drenaggi, idrodinamica sotterranea.

Keywords: karst aquifer, piezometric surface, drainages, underground hydrodynamics.

 

Valutazioni preliminari

I dati elaborati in questo approfondimento sono compresi tra quelli rilevati nel monitoraggio iniziato il 6 Ottobre 2013, in condizioni idrodinamiche di massima magra, con l’alloggiamento di 4 sensori di pressione, temperatura e conducibilità elettrica nei tubi di calata disposti lungo la diaclasi del Terzo Vento (grotta Su Bentu - Lanaittu - Oliena) e di un quinto sensore posizionato presso la sorgente di Su Gologone, a circa 5 km di distanza in linea d'aria dal primo. In particolare, lo strumento posto nel sifone del Terzo Vento è stato allocato ad una profondità iniziale di 68 cm sotto il pelo dell’acqua mentre quello posto in sorgente, per evitare l’influenza dell’irraggiamento solare sul valore della temperatura, è stato installato nel condotto ascendente dell'emergenza ad una profondità di circa 4,8 metri. Per quanto riguarda la misura della pressione, rilevante in questo approfondimento, è utile specificare che i sensori utilizzati hanno una risoluzione di 1 hPa, corrispondente ad 1 cm di livello idrico.

Il set di dati utilizzato è quello compreso tra l'11 Ottobre 2013 ed il 22 Febbraio del 2014, poco meno di 13.000 misure per ogni parametro monitorato rilevate ogni 15 minuti. I valori dei livelli idrici misurati presso la sorgente di Su Gologone sono stati depurati da quelli ascrivibili al picco di piena manifestatosi in occasione dell'evento alluvionale del 18 Novembre 2013, i cui effetti è dimostrato non siano dipesi dall'evoluzione dell'idrodinamica nell'acquifero carsico ma dall'interazione tra le portate eccezionali del fiume Cedrino nell'area delle sorgenti e la funzionalità dei sistemi di laminazione delle piene ubicati presso la diga di Preda 'e Othoni. Il quadro generale delle variazioni di livello misurate è rappresentato in figura 1.


Fig. 1: variazione di livello misurate nei due siti di monitoraggio - quadro generale
 

Una prima osservazione è riferibile al notevole sincronismo tra le variazioni di livello misurate simultaneamente nei due siti di monitoraggio, sincronismo che appare ancora più evidente nel dettaglio rappresentato in figura 2.

Fig. 2: variazione di livello misurate nei due siti di monitoraggio - dettaglio dei punti di sincronismo


Tale sincronismo è da ricondursi alla presenza nell'acquifero del Supramonte di un carso saturo assai trasmissivo, nel quale si propagano, a grande distanza e con modalità praticamente istantanee, perturbazioni di pressione, e quindi di carico idraulico, di magnitudo anche assai differenti. La presenza di un carso saturo tanto trasmissivo è confermata dalla valutazione della velocità di deflusso rilevata in fase di magra nel corso di un tracciamento geochimico effettuato tra il sifone del 3° Vento e la sorgente di Su Gologone nello stesso periodo del monitoraggio dei livelli piezometrici (Murgia F. 05/2014). In quell'occasione, la fluoresceina ed il Tinopal
® immessi nel sifone hanno percorso i circa 5000 metri, stimati in linea d'aria, che separano i due siti in un tempo di 427 ore, con una velocità, quindi, di 3,25 mm/s. Assumendo nel periodo considerato un valore di portata della sorgente compreso tra 0,18 e 0,22 m3/s, si perviene ad una valutazione della sezione media del circuito idrico di drenaggio variabile, nell’intervallo di portate considerato, tra 55 e 68 m2; queste superfici corrispondono, qualora il deflusso si potesse considerare concentrato in un'unica condotta di sezione circolare omogenea, ad un tubo di drenaggio di diametro compreso tra 8 e 9 metri.

Le dimensioni dei dreni sopra riportate debbono essere considerate, ovviamente, solo come valori medi: come emergerà nel seguito, infatti, il sistema di drenaggio è interessato, lungo il suo percorso, da una o più sezioni di restringimento locale nelle quali il deflusso idrico trova una resistenza al passaggio dell'acqua che accresce quella intrinseca del sistema. Ciò è dimostrato dai notevoli incrementi di livello idrico che si registrano nella grotta di Su Bentu in fase di piena e di morbida rispetto a quelli misurati simultaneamente presso la sorgente di su Gologone (Figg. 1 e 2): infatti, qualora tali restringimenti non sussistessero ed il sistema di drenaggio corrispondesse in tutta la sua lunghezza al valore medio calcolato, le differenze di livello misurate in fase di piena ed in morbida sarebbero dovute essere di almeno tre ordini di grandezza inferiori rispetto a quelle rilevate: in pratica, in tali fasi idrodinamiche si sarebbero dovute misurare differenze di livello nell'ordine dei centimetri e non in quello dei metri o delle decine di metri come effettivamente riscontrato. Ciò significa che il sistema di drenaggio che collega il sifone del 3° Vento alla sorgente di Su Gologone, nell'ipotesi che questo sia costituito da una singola condotta, è composto da porzioni di dreno le cui sezioni possono raggiungere le molte decine di metri quadri in cui le velocità di deflusso idrico cadono bruscamente, alle quali si interpongono uno o più restringimenti, di sezione assai più ridotta, nelle quali le velocità di deflusso aumentano in maniera tale da compensare, sul valore medio, le cadute di velocità che si stabiliscono nelle sezioni maggiori (Fig. 1). Nel seguito, si riporta un'analisi che offre precise indicazioni sulle grandezze fisiche legate ai summenzionati restringimenti ed alcune valutazioni sulla loro genesi e distribuzione lungo il sistema di drenaggio.


Fig. 3: schema esemplificativo della distribuzione delle velocità nei circuiti di drenaggio


Valutazioni sulle variazioni dei livelli piezometrici

Com'è noto, le variazioni di livello idrico misurate in due punti distinti di un acquifero sono rappresentate da due curve convergenti il cui limite inferiore comune ha come valore 0; ciò è in conseguenza del fatto che il valore del dislivello piezometrico tra due punti in un acquifero, in condizioni di equilibrio idrostatico, assume valore 0.

L'analisi delle curve di variazione di livello misurate simultaneamente presso la sorgente di Su Gologone e nel sifone del 3° Vento consentono di determinare, nell'intorno di precisione degli strumenti utilizzati, come vari il dislivello piezometrico tra i due punti di misura al variare delle diverse condizioni idrodinamiche. La stessa analisi, considerando le variazioni di livello prossime alle condizioni di massima magra, consentono di valutare come convergano le due curve alle condizioni idrostatiche. A questo scopo è particolarmente utile l'analisi della curva che descrive le differenze tra le variazioni misurate simultaneamente, ovvero il luogo dei punti rappresentativi del dislivello piezometrico tra i due siti di misura in funzione del tempo.

Nella figura 4 sono rappresentate le variazioni di livello idrico verificatesi durante la piena del 3 Dicembre 2013 e le differenze tra queste: durante tale evento, gli incrementi di livello hanno raggiunto un massimo stimabile in poco meno di 87 metri nella grotta di Su Bentu e di 2,71 metri nella sorgente di Su Gologone. Il dislivello piezometrico tra i due siti di misura in fase di piena, quindi, si può considerare compreso tra 10 ed oltre 80 metri.

Fig. 4: variazioni dei livelli idrici - fase di piena

Nella figura 5 sono rappresentate le variazioni di livello idrico e le differenze tra queste misurate durante il periodo di morbida verificatosi nei 10 giorni intercorsi tra l'11 ed il 20 Dicembre del 2013: durante questo periodo, le differenze tra i decrementi di livello tendono a ridursi notevolmente sino a valori inferiori ad 80 centimetri.

Fig. 5: variazioni dei livelli idrici - fase di morbida

Nella figura 6 sono rappresentate le variazioni di livello idrico e le differenze tra queste misurate nel periodo di magra verificatosi nei 20 giorni intercorsi tra l'11 Ottobre ed il 01 Novembre del 2013: durante questo periodo, le differenze tra i decrementi di livello variano tra 1 e 0 centimetri.

Fig. 6: variazioni dei livelli idrici - fase di magra


Con l'approssimarsi dei dislivelli misurati tra i due siti di monitoraggio al valore 0, nelle curve di variazione dei livelli idrici si rendono evidenti alcuni effetti non osservabili, quantomeno per motivi di rappresentazione grafica, quando l'acquifero è soggetto ad un carico elevato. In particolare, sono interessanti le oscillazioni di livello caratterizzate da un ciclo chiaramente diurno e non semidiurno o mareale (12h 25min); nei venti giorni del periodo in esame, infatti, la Luna ha compiuto i 2/3 del suo ciclo, il che avrebbe sfalsato di quasi un giorno il periodo di oscillazione. Su queste oscillazioni si approfondirà nel seguito.


Analisi delle grandezze fisiche legate alle resistenze al deflusso


Introduzione

I dati utilizzati contengono informazioni dettagliate sulle zone di drenaggio sconosciute che collegano la grotta di Su Bentu (SB) con la sorgente di Su Gologone (SG). Il primo controllo è stato quello di verificare la coerenza complessiva dei dati per procedere, poi, per passi successivi.


Prima verifica

Il primo passo è stato quello di selezionare le portate di SG, ricavate dall’applicazione di una specifica curva di taratura (Sanna F. 1995) alle altezze misurate in sorgente, in base ad intervalli definiti e mediando i valori sui rispettivi lassi temporali: si sono scelti periodi sia di piena che di morbida scartando le fasi di risalita della prevalenza, nelle quali le portate devono considerarsi fuori dallo stato di equilibrio: per quei periodi, infatti, non sarebbe corretto porre la necessaria assunzione di “quasi – stazionarietà” del sistema, ovvero di un continuo equilibrio fra flussi idrici entranti ed uscenti. I dati utilizzati nella prima approssimazione sono rappresentati in tabella 1.


Tab. 1: set dei dati selezionati

Fig. 7: ricostruzione delle variazioni di portata in funzione delle quote misurate in sorgente

La curva ricostruita (fig. 7) risulta coerente con le condizioni date e, quindi, si può procedere nel raffinare l’elaborazione ricostruendo una curva prevalenza - portata, dove per prevalenza s’intende la differenza di quota fra il livello idrico misurato in SB e quello in SG.


Perdite di carico

Nel regime vincolato e a condotta unica che ci si attende esista fra le due grotte, almeno nell’approssimazione utilizzata, deve valere la legge di Darcy: in tale condizione, la perdita di carico agli estremi di una condotta lunga L con diametro D in cui un fluido di densità ρ scorre a velocità v è data da:

ΔP = f (Lρ/(2D))v2

Nel caso in studio è preferibile valutare la prevalenza (altezza piezometrica) Δh, utilizzando la:

ΔP = ρg Δh

con g accelerazione di gravità, dalla quale otteniamo:

Δh = f (L/(2Dg))v2

La relazione precedente può essere riscritta in termini di portata q, dato che essa è legata alla velocità ed alle dimensioni del condotto da:

q = D2v

Quindi,

Δh = f (L/(2D5g))q2 = aq2

Nelle ipotesi di validità dell’equazione di Darcy, la prevalenza – in ordinate - dipende dal quadrato della portata – in ascisse. La curva rappresentativa dei due parametri è quindi di tipo parabolico; ci si attende che tale parabola abbia coefficienti b e c nulli e che, quindi, abbia vertice sulle ordinate, che sia passante per l’origine e che, in definitiva, abbia vertice nell’origine.


Dati sperimentali

I dati sperimentali relativi ai livelli misurati in SG si riferiscono ad una quota, valutata in fase di magra, di 103,75 m slm. Al livello misurato in SB, invece, è stato attribuito un incremento sistematico di +2 m rispetto alla quota di magra valutata in sorgente. Si è quindi provveduto a costruire la curva sperimentale della differenza di quote fra SB e SG in funzione delle portate stimate a Su Gologone; tale differenza, si noti, dipende pochissimo dalla quota effettiva di SG. Il risultato è riportato in figura 8 in cui compare anche una curva di interpolazione polinomiale di second’ordine, ovvero parabolica.

Fig. 8: variazioni di portata in sorgente in funzione delle differenze di quote misurate tra i due siti di monitoraggio

La precisione dell’interpolazione (R2 = 0,999) sembra sbalorditiva ma indica solamente che il sistema si comporta proprio nel modo previsto dal modello più semplice (condotta unica). In realtà la curva interpolante contiene termini d’ordine q1 e q0 che non sono accettabili dal modello adottato e che sono legati alla tecnica di interpolazione

Analisi dei dati

Per valori di portata nulla ci si deve attendere una differenza di livello nulla ma anche con portate minime le differenze di quota devono essere assai piccole. Rimodulando i dati della Tabella 1, è possibile costruire la seguente Tabella 2:



Tab. 2: set di valori rimodulati in relazione ai dati riportati in Tabella 1


Gli strumenti utilizzati nella rilevazione dei livelli hanno risoluzioni e accuratezze finite e, per questo motivo, già in tabella è facile osservare come le prevalenze necessarie al trasporto di poche centinaia di litri al secondo non siano apprezzabili: finché si ha a che fare con portate piccole, la differenza fra SG e SB rimane sempre nell’intorno attribuito convenzionalmente di +2 metri indipendentemente dal valore della portata; solamente quando si valutano portate oltre il metro cubo al secondo si iniziano ad apprezzare delle differenze. A questo punto, considerando il sistema come se fosse stabile, possiamo estrapolare il dato a grandi portate per ricostruire la prevalenza a piccole portate con una risoluzione, in teoria, maggiore di quella strumentale. La differenza di quota è soggetta ad un ineliminabile errore di calibrazione
h0: tale dato esprime il valore da sottrarre al dato sperimentale per ottenere la differenza di quota nulla, vale a dire quella alla quale cessa il trasferimento di acqua fra le due grotte. In pratica, s’impone che i flussi d’acqua rispettino la relazione:

Δhj + h0 = aqj2

in cui a e h0 sono incognite; bastano due misure di portata indipendenti, quindi, per realizzare un sistema a due incognite che permetta di determinarle. Pur avendo a disposizione molte più coppie di valori di quelle strettamente necessarie, per ognuna delle quali si potrebbe calcolare una soluzione o trattarle in modo statistico, ci si può limitare a stime più grossolane e calcolare le incognite per alcune coppie di valori coerenti. Le coppie di dati 1 - 4 e 2 - 3 offrono un valore coerente di h0 = 1,95, del quale ci si può accontentare considerato che spingere la precisione già ottenuta ancora oltre non avrebbe alcun senso: il sistema, infatti, non si può ritenere stabile e le incertezze intrinseche, oltre a quelle strumentali, possono essere dovute anche a variazioni di pressione atmosferica fra i due punti di monitoraggio, distanti tra loro 5 km e localizzati in contesti meteorologici molto diversi e tra loro interferenti.

A questo punto è possibile calcolare nuovamente la curva prevalenza - portata sottraendo alle differenze di quota tra SB e SG il valore h0 ottenuto. Con le precisazioni introdotte, si ricava il grafico di figura 9:


Fig. 9: variazioni di portata in sorgente in funzione delle differenze di quote calcolate tra i due siti di monitoraggio


Per comodità di calcolo estraiamo la radice quadrata di
h, ripetendo l’analisi su quella che ben si approssima ad una retta passante per l'origine e rappresentata in figura 10:


Fig. 10: curva di interpolazione fra la radice quadrata della prevalenza e la portata. La relazione di Darcy prevede una retta

A questo punto si può calcolare il valore di a come quadrato della pendenza della retta con un buon margine di errore che, quantunque possa essere ulteriormente precisato, pare essere davvero piccolo considerando l’R2, oltre 0.99, della retta interpolante. In ogni caso, il valore di a così ottenuto corrisponde con buona accuratezza al valore di a dato dalla curva interpolante in q2. Quindi, la relazione fra prevalenza e portata fra Su Bentu e Su Gologone diventa:

Δh = 0,216 q2

Andando alle conclusioni, l’equazione di Darcy dice che

a = f (L/(2D5g))

Il suo significato dipende dalla struttura di drenaggio fra SB e SG ed il caso più semplice, e meno credibile, vorrebbe che si trattasse di un condotto uniforme. Considerato che la distanza L è stimabile in 5.000 m, che f ha valori usualmente di circa 0,1 e che g è uguale a 9.8 m/s2, si può calcolare

D5 = f (L/(2ag)) = 0,1 * (5000 / (2 * 0,216 * 9,8)) = 118

da cui si ottiene la dimensione tipica della condotta D, pari a 2,5 metri circa. Ma i flussi sono generalmente regolati in singole zone strette (strettoia di regolazione) ed è quindi più ragionevole ipotizzare che la resistenza al flusso non sia distribuita lungo tutta la condotta ma concentrata in un punto. In tal caso l’equazione di Darcy diventa:

Δh = K (v2/(2g)) = K (q2/(2gD4))

con K che assume valori intorno a 10 nei bruschi restringimenti. In tal caso abbiamo che:

a = K (1/(2D4g)) = 0,216

Il valore di D che si ottiene in questo caso è pari a 1,2 metri. Le velocità ipotizzabili nelle zone di massimo flusso, in piena, sono di circa 5 m/s con perdita di carico distribuita e di oltre 10 m/s qualora la perdita di carico fosse concentrata. In condizioni di magra, invece, le velocità di flusso sono cento volte minori. I numeri di Reynolds corrispondenti, per entrambi i sistemi, sono di 105 in regime di magra e di 107 in regime di piena; il trasporto nelle zone di regolazione, quindi, avviene sempre con moto turbolento. Ovviamente l’applicazione di queste formule non è utile per determinare dimensioni reali, che sarebbero difficili da definire anche con un rilievo diretto, ma consente di interpretare la scala delle dimensioni della struttura di drenaggio.

A questo punto abbiamo la possibilità di valutare anche la velocità del flusso che, nel caso di un sistema di drenaggio a singola condotta, in fase di magra risulterebbe essere:

v = 0,2 / (2,5)2 = 0,032 m/s

Nel caso di singolo restringimento, con D = 1,2 m, la velocità di picco risulterebbe essere 4 volte maggiore in quel punto, con un valore di 0,13 m/s. Nella realtà, come già riportato, in condizioni di magra il tracciante ha impiegato 427 ore a passare da SB a SG, con una velocità, quindi, di 3,25 mm/s. Ciò, di per sé, fa escludere uno scenario che preveda una singola condotta omogenea con valore D = 2,5, che trasferirebbe l’acqua da un punto all'altro dell'acquifero in sole quaranta ore; la galleria, in quel caso, avrebbe infatti un volume di 5000 * 2,5, quindi di soli 25.000 metri cubi circa. Dalla velocità reale, invece, si deduce un valore di scala della zona che trasporta acqua (che a priori è diverso dal volume dell’acquifero, che comprende “rami secchi”) di oltre 240.000 metri cubi, ovvero dieci volte maggiore. E’ ragionevole quindi ipotizzare che la struttura drenante sia caratterizzata da una condotta di sezioni medie ampie, di molte decine di metri quadrati, alle quali si interpone una zona di regolazione nella quale la sezione efficace si riduce molto.


Oscillazioni in periodo di magra

Considerata la ciclicità diurna relativa alle variazioni oscillazioni osservate nel periodo di magra (fig. 11), è stata eseguita una prima analisi per determinare le caratteristiche delle stesse. A tal fine, la serie dei livelli misurati a Su Gologone è stata suddivisa in venti sottoserie giornaliere e calcolata la variazione di livello rispetto alla media di ciascun giorno (Fig. 12).

Fig. 11: curva delle oscillazioni di livello simultanee osservate a Su Gologone e nel sifone del Terzo Vento a Su Bentu



Fig. 12: variazioni dei livelli idrici medi giornalieri a Su Gologone in rapporto alla loro distribuzione oraria


Dal grafico risulta evidente un andamento regolare delle oscillazioni nel 90% delle giornate; verso le 6 del mattino il livello è massimo mentre il minimo, più confuso, si osserva 12 ore dopo. La differenza di livello può essere stimata in 2,5 cm. La possibilità di eventuali effetti strumentali sulle oscillazioni è esclusa dal fatto che i sensori erano stati allocati in posizione protetta: in caso contrario, infatti, le variazioni non sarebbero state tanto regolari e, in particolare, se ci fosse stata un'influenza della radiazione solare sugli strumenti.

Al fine di verificare se lo stesso comportamento osservato in sorgente lo si possa riscontrare anche nelle parti sotterranee del sistema carsico, si è provveduto ad analizzare l'andamento della pressione atmosferica nella grotta e, in particolare, quello rilevato dal sensore posto alla sommità della diaclasi che adduce ai livelli allagati di Su Bentu (fig. 13).

Fig. 13: andamento della pressione atmosferica registrato a Su Bentu


Anche in questo caso le oscillazioni sembrano avere una struttura giornaliera ma analizzando i dati con lo stessa metodologia utilizzata per le variazioni di livello misurate a Su Gologone, si osserva un risultato ben diverso (fig. 14).



Fig. 14: variazioni delle pressioni medie giornaliere misurate a Su Bentu in rapporto alla loro distribuzione oraria

In questo caso l'andamento che si osserva non è affatto regolare, anche se sembra potersi rilevare una periodicità di 12 ore che corrisponderebbe a noti effetti di maree atmosferiche (Le Blancq, 2011). Ciò che risulta significativo è che la pressione atmosferica registrata in grotta varia in modo totalmente diverso rispetto alle variazioni di livello registrate a Su Gologone: i livelli misurati in sorgente, infatti, non sono direttamente legati alle variazioni di pressione perché i due sensori che le misurano, interno ed esterno alla sorgente, ne risentono in modo identico annullandone gli effetti.

Analizzando le variazioni di livello dell'acqua nel sifone di Su Bentu ottenute con la correzione della pressione atmosferica in modo analogo a quello utilizzato per i livelli misurati a Su Gologone, si ottiene il grafico di figura 15.



Fig. 15: variazioni dei livelli medi giornalieri misurati a Su Bentu in rapporto alla loro distribuzione oraria


La corrispondenza con i dati (indipendenti) di Su Gologone è impressionante, il che fa escludere l'ipotesi che si possa trattare di effetti strumentali; anche l'ampiezza appare identica nei limiti della risoluzione strumentale.

In precedenza abbiamo ricavato la curva che descrive la relazione q(s) che segue, in prima approssimazione, la legge di Darcy: considerato che le variazioni del livello s a Su Gologone corrispondono anch’esse a variazioni di portata, la stessa è approssimabile dalla relazione

q = 2,01 (s - 103,48)2

in cui il valore 103,48 m slm corrisponde alla quota estrapolata per avere una portata q = 0. Da questa, differenziando, si ottiene l'incremento ∆q della portata, in metri, a seguito di un aumento ∆s del livello, in m3/s. Considerato che la portata di magra è intorno a 0,2 m3/s, con s = 103,75 m slm, abbiamo

q = 1,08 * ∆s

Ciò significa che, limitatamente alla fase di magra, un aumento di portata di 10 L/s provoca un incremento di 1 cm di livello ed un aumento di 20 L/s un incremento di circa 2 cm; ma varrebbe l'inverso se fosse una forzante a provocare la variazione di livello, con la portata che aumenterebbe nella stessa misura. Le variazioni di livello giornaliere osservate sono, in media, di circa 1 cm in una decina di ore; in tale periodo, quindi, la portata in sorgente passa da 200 L/s a 210 L/s, con un incremento di volume pari a 10 * 360.000, ovvero 3 - 400 m3 durante le ore notturne. Sembrerebbe che, durante la notte, fra Su Gologone e Su Bentu si aggiungesse progressivamente un arrivo d'acqua con una portata di picco di 10 L/s. Le diverse ipotesi fatte per spiegare tale meccanismo (condensazioni occulte, presenza di grandi serbatoi d'aria fra Su Bentu e Su Gologone, variazioni d'impedenza nel trabocco in sorgente, variazioni della viscosità dell'acqua) non sembrano al momento essere in grado di spiegare l'effetto che, quindi, rimane un tema ancora da approfondire.


Valutazioni sulla genesi e la distribuzione delle resistenze nel sistema di drenaggio

Un acquifero “a carso allagato” come quello che alimenta le sorgenti di Su Gologone (Murgia F., 2010) è caratterizzato da condotte di drenaggio idrico di grandi dimensioni formatesi in seguito ad una determinata evoluzione geomorfologica e speleogenetica successivamente allagatesi a seguito di un drastico innalzamento del livello di base dovuto a peculiari eventi di carattere climatico, geologico e/o tettonico prodottisi su una scala quantomeno regionale. Il sistema di drenaggio fra Su Bentu e Su Gologone, come testimoniato anche dai dati sulle modestissime velocità di deflusso idrico riscontrate in fase di magra, infatti, corrispondono ad una condotta in cui le perdite di carico dipendono dal quadrato delle velocità con una precisione impressionante e su due ordini di grandezza dei parametri in gioco; le sezioni di trasporto non scendono mai al di sotto di 1-2 metri quadrati e sia i dati di piena che quelli di morbida sembrano indicare la validità dell’ipotesi che il trasporto avvenga sempre in condizioni di quasi - stazionarietà.

Considerata la sostanziale omogeneità della compagine geologica entro le quali si sono sviluppate le condotte che alimentano Su Gologone, almeno per la porzione che riguarda il carso saturo, è facile attendersi che i restringimenti individuati che incrementano la resistenza al deflusso idrico siano circoscritti a quelle porzioni di condotta dove tale omogeneità possa venir meno; ciò può verificarsi, in generale e ad esempio, sia per l’esistenza di rocce poco carsificabili lungo la condotta sia per la presenza di fenomeni di collasso, e dei conseguenti franamenti, avvenuti nella medesima causati dalla presenza di rocce particolarmente fratturate. Nell’acquifero carsico del Supramonte, entrambe queste condizioni hanno la loro maggiore possibilità di riscontrarsi simultaneamente proprio nelle immediate vicinanze delle sorgenti di Su Gologone; ciò a causa della presenza, in tale area, di dolomie e calcari dolomitici della Formazione di Dorgali, assai meno carsificabili dei limitrofi calcari della Formazione di Monte Bardia, e di un’importante dislocazione tettonica d’importanza regionale, la Faglia di S. Giovanni, che ha certamente provocato una notevole fratturazione della compagine rocciosa circostante. Tali considerazioni sono suffragate dalle osservazioni eseguite dagli speleosubacquei che hanno esplorato le condotte che fanno capo alla sorgente di Su Gologone e alla risorgente di troppo pieno di Mussintomasu: gli speleosub, infatti, riferiscono che mentre a Su Gologone la progressione esplorativa è ostacolata dalla presenza di cavità dalle sezioni assai ridotte, le condotte esplorate che fanno capo alla grotta di Mussintomasu, sinora esplorate solo parzialmente, si sviluppano su sezioni di grandi dimensioni.

Un'ultima osservazione strettamente legata alla particolare delicatezza degli equilibri naturali nell'acquifero carsico del Supramonte fa riferimento agli occasionali episodi di torbidità a cui è soggetta la sorgente di Su Gologone. Tali episodi, di cui almeno due accertati negli ultimi cinque anni, si sono manifestati sia in regime di piena che in magra, protraendosi per lunghi periodi. L'ultimo di tali episodi in ordine di tempo è stato registrato nel corso del monitoraggio di cui si tratta. Al proposito si riporta, in figura 16, il grafico delle variazioni di torbidità manifestatesi in sorgente dalla metà di Giugno sino a fine Ottobre del 2014.


Fig. 16: variazione della torbidità in sorgente - anno 2014

La prima osservazione diretta è stata effettuata all'inizio del mese di Ottobre da alcuni speleosubacquei impegnati in una ricognizione all'interno del condotto carsico in sorgente. La progressione degli esploratori, contrariamente a ciò che avviene di solito, è stata ostacolata dall’improvviso intorbidamento delle acque provocato dalla rimobilizzazione di sedimenti depositatisi sui ripiani e sulle pareti della cavità. La rimobilizzazione di tali sedimenti è certamente da correlare alla presenza degli speleosubacquei nel condotto sorgentizio ma l’inusuale deposito degli stessi, altrettanto certamente, è da mettere in relazione alle portate torbide che hanno interessato la sorgente nello stesso periodo. A tal proposito, appare rilevante il fatto che la deposizione di sedimenti al di sopra di una determinata granulometria sia avvenuta proprio nella porzione più prossima allo sbocco dell'emergenza carsica; ciò fa supporre che la velocità dell'acqua, proprio nel condotto ascendente, subisca un rallentamento tale da non consentire a certe frazioni granulometriche di rimanere in sospensione e, quindi, di essere allontanate verso l'esterno insieme alle frazioni più fini. Inoltre, considerato che nel contesto generale del sistema drenante la velocità dell'acqua durante tutta la fase di magra è nell'ordine di 4 mm/s, si ritiene assai probabile che la causa delle torbide rilevate debba essere localizzata proprio in un tratto di condotta immediatamente retrostante all'emergenza sorgentizia. Successivamente alla prima osservazione della torbidità, lo speleosub Leo Fancello ha provveduto a campionare il sedimento depositato in sorgente. Le analisi sui campioni prelevati, effettuate da Salvatore Frau nei laboratori della Facoltà di Scienze Ambientali di Nuoro, hanno evidenziato come tali sedimenti fossero costituiti in assoluta prevalenza da sedimenti fini di origine calcarea e, assai in subordine, da materiali di tipo argilloso.


Conclusioni

Le osservazioni e le analisi dei dati di monitoraggio permettono di definire alcuni importanti parametri strettamente correlati con le modalità di deflusso della riserva regolatrice che alimenta le sorgenti di Su Gologone. Un primo dato è quello relativo al cadente piezometrico dell’acquifero carsico in fase di magra per il quale, considerato un dislivello di 4 cm tra i due siti di monitoraggio valutato in relazione ai limiti della sensoristica utilizzata, può essere assunto un valore di 8*10-3 m/km. La pendenza della superficie piezometrica della riserva regolatrice che alimenta le sorgenti di Su Gologone in fase di magra, quindi, ha un valore stimabile di 0,0008%. Questi valori, indici dell'estrema criticità idrodinamica dell'acquifero carsico in fase di magra, consentono di escludere la possibilità che si possa alterare artificialmente il livello piezometrico in sorgente senza alterare, conseguentemente, il naturale deflusso delle acque.

Le analisi eseguite sulle dimensioni delle condotte drenanti hanno permesso di accertare la presenza nelle stesse di una o forse più strettoie che regolano le portate in sorgente. Per le conseguenze delle analisi sulle velocità di flusso valutate in rapporto alle dimensioni medie della condotta di drenaggio, la presenza di tali strettoie deve essere considerata come condizione essenziale per l'attuale configurazione di Su Gologone come sorgente perenne: qualora la funzionalità di tali strettoie dovesse venir meno per qualsiasi motivo, infatti, è assai probabile che la sorgente vada ad assumere caratteristiche solo temporanee a causa del conseguente più rapido svuotamento della sua riserva regolatrice. Sebbene le valutazioni sulla localizzazione e sulla natura delle strettoie di regolazione debbano ritenersi in una fase d'analisi non conclusiva, le stesse, altresì, devono essere considerate come chiarissimi indicatori di una sorgente carsica dagli equilibri idrodinamici assai delicati e potenzialmente fragili. Tali valutazioni, quindi, devono indurre a porre la massima attenzione sui rischi derivanti dalla realizzazione, e persino dal mantenimento, di opere di captazione che, in qualsiasi modo, possano interferire con il naturale deflusso delle acque dalla sorgente di Su Gologone o, ancor peggio, innescare perturbazioni sulla funzionalità idraulica delle strettoie di regolazione tali da modificare radicalmente il funzionamento dell'emergenza carsica per come oggi la si conosce.

 

 

Bibliografia

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