Indagini geofisiche | Africa orientale

Sondaggi elettrici verticali per la ricerca di risorse idriche sotterranee

La carenza di risorse idriche interessa attualmente quasi tutti gli insediamenti antropici. La situazione è paradossale se ciò si manifesta in un’area avente una piovosità di 2000 mm all’anno, in un’area circondata dall’ansa di un corso d’acqua, il Kagera River, il quale alimenta il lago Vittoria e il Nilo Bianco.

Giovanni Loddo | Ingegnere Minerario, Ricercatore Universitario in Geologia Applicata e Docente Facoltà Ingegneria presso Università e-Campus. Visiting professor presso Università di Addis Ababa – Ethiopia.

Giovanni Loddo | Ingegnere Minerario, Ricercatore Universitario in Geologia Applicata e Docente Facoltà Ingegneria presso Università e-Campus. Visiting professor presso Università di Addis Ababa – Ethiopia.

La campagna di misure geoelettriche nel sito della Missione delle Suore Canossiane presso Mugana Dd Hospital, Mugana (Tanzania) era finalizzata alla ricerca di risorse idriche per il potenziamento delle riserve. Lo studio eseguito precede un’indagine più approfondita in ambito idrogeologico per la comprensione della dinamica di ricarica della falda sotterranea. Hanno partecipato alla ricerca completa, per diversi temi: Prof. Ing. Roberto Balia, Prof. Geol. Giorgio Ghiglieri, Signor Gianni Andrea Uda, Signor Claudio Zara e Signor Giampiero Casti (in quiescenza), tutti dell’Università di Cagliari. Nel presente articolo si tratta esclusivamente del rilievo in campo, con metodi geofisici, mediante indagini geoelettriche condotte col metodo Schlumberger, attività che ho coordinato. Sono stati elaborati anche i dati rilevati e creato un modello geologico congruente con i valori di resistività calcolati.

Ubicazione Sev n°9 piazzale della Cattedrale.

Ubicazione Sev n°9, piazzale della Cattedrale.

Il Mugana Dd Hospital è amministrato dall’Ordine delle Suore Canossiane e si trova in Tanzania, nella Regione di Kagera (distretto di Missenyi), area che circonda il lago Vittoria e dista circa 27 km dalla città Bukoba. Nell’insediamento sono presenti quotidianamente circa 550 persone, svolgenti differenti funzioni (personale medico, paramedico, tecnici manutentori, allievi infermieri e Religiose) e compresi anche i degenti. All’interno della Missione è già presente un pozzo produttivo (attualmente insufficiente per il fabbisogno), la cui falda si trova alla profondità di circa 42 m dal piano di campagna. Inoltre, in prossimità della Missione, sono presenti due sorgenti d’acqua di portata non nota.

Lo scopo del lavoro illustrato è stato verificare la presenza di una falda idrica soggiacente la Missione delle Sorelle Canossiane, mediante indagini geofisiche; redigere un modello idrogeologico dell’area investigata e dare indicazioni ai responsabili della Missione per l’eventuale realizzazione del pozzo e delle opere ausiliarie (pompa, serbatoio, alimentazione pompa etc…). Per raggiungere lo scopo, previo studio dell’idrogeologia dell’area in studio, si è deciso di utilizzare il metodo di indagine geoelettrica, basato sul metodo Schlumberger. Sono stati indagati 10 punti all’interno e in prossimità del sito. La scelta dei punti di misura è stata guidata dalla volontà di verificare il modello idrogeologico ipotizzato. Nella regione di Kagera sono individuati due sistemi geologici che hanno avuto vicissitudini similari, dando origine a formazioni che, pur distinte, sono molto simili.

01b Africa

Il sistema Karagwe – Ankolean, è costituito da rocce Precambriane che ricoprono la parte occidentale e centrale del distretto di Kagera. Le rocce provengono da spessi strati di arenarie a grana grossa, e scisti a grana fine e siltiti. Le rocce dell’area sono piegate e debolmente metamorfosate in quarziti a grana grossa, argilliti a grana fine, ardesie, filliti e scisti. Negli scisti si sono localmente intruse delle rocce basiche (dicchi di gabbri) e, più tardive, in altre aree occidentali del Distretto, si trovano intrusioni granitiche. A parte le rocce intrusive basiche, la composizione chimica delle formazioni del sistema Karagwe – Ankolean è silicea, alluminosa e ferrica, con bassi contenuti di calcio e magnesio. L’aspetto attuale del sistema Karagwe – Ankolean nel distretto di Bukoba, riguardano bande alternate di quarziti, conglomerati, scisti e siltiti, aventi orientazione generalmente Nord – Sud, mentre gli strati piegati hanno una marcata inclinazione, quasi ad avere una posizione verticale in superficie. I più comuni sono gli scisti, mentre quarziti e conglomerati sono presenti in minor misura.

Ubicazione Sev n°4 in prossimità del villaggio per il personale di servizio.

Ubicazione Sev n°4 in prossimità del villaggio per il personale di servizio.

Sistema di Bukoba. Durante il Precambrico, le rocce del sistema Karagwe – Ankolean sono state erose dando origine, a loro volta, a nuovi strati sedimentari, i quali sono stati depositati in vasti bacini continentali. Questi depositi sono attualmente conosciuti come Sistema di Bukoba. La serie di strati che appartengono a questo sistema, e che appaiono nel distretto del Kagera, sono chiamate «Arenarie di Bukoba» (Quennell, 1956). Gli spessi strati, aventi potenza anche di un migliaio di metri, consistono in arenarie argillose a grana fine, duri scisti sabbiosi. Le arenarie hanno granulometria compresa tra fine e media e i colori accesi. Gli scisti sono marrone chiaro giallastro e localmente purpurei.

Ubicazione Sev n°5 in prossimità delle piantagioni della Missione.

Ubicazione Sev n°5 in prossimità delle piantagioni della Missione.

Le Arenarie di Bukoba si estendono fino a Biharamulo, al confine con l’Uganda; il confine con le rocce più antiche e metamorfosate del sistema Karagwe – Ankolean è formato a ovest dalla line di faglia che corre parallela alla costa del Lago Vittoria, alla distanza di 20 – 30 km. I depositi sono di composizione chimica simile alle rocce del sistema Karagwe – Ankolean, dal quale sono largamente derivati. Le rocce vulcaniche intruse tra gli strati delle Arenarie di Bukoba, formano sill e dicchi di gabbri e doleriti. Queste rocce vulcaniche sono moderatamente ricche di minerali ferromagnesiaci. Le arenarie di Bukoba non sono metamorfosate, ma solo debolmente piegate. Le arenarie e gli scisti nelle rocce del sistema Karagwe – Ankolean hanno molti aspetti simili; pur tuttavia una caratteristica che può essere usata come criterio per discernere le rocce di entrambi i sistemi, riguarda la presenza di vene di quarzo nel sistema Karagwe – Ankolean, le quali sono invece assenti nelle rocce di Bukoba, e l’alto grado di clivaggio negli scisti del sistema Karagwe – Ankolean.

Ubicazione Sev n°8 lungo la strada di accesso alla Cattedrale.

Ubicazione Sev n°8 lungo la strada di accesso alla Cattedrale.

Nel modello ipotizzato di falda libera, per l’area indagata, sono state prese in considerazione le seguenti zone, descritte procedendo dal fondo verso la superficie: lo strato impermeabile di base dove l’acqua è praticamente assente; la zona satura (tutti i vuoti presenti nell’ammasso roccioso sono riempiti d’ acqua) con limite superiore rappresentato dalla linea piezometrica e la zona di aerazione (tutti i vuoti possono essere riempiti sia da acqua che da aria). Quest’ultima zona si estende dalla linea piezometrica alla superficie e può essere a sua volta suddivisa in tre zone:
– zona di risalita capillare: parte dalla superficie liquida e ha un estensione che dipende dalle proprietà della matrice solida. L’altezza della frangia può infatti variare da pochi millimetri materiali granulari a grosso diametro, fino a qualche metro, per le argille;
– zona intermedia: si estende dalla zona superficiale fino alla frangia di risalita capillare. L’acqua contenuta è trattenuta in virtù delle forze igroscopiche e capillari;
– zona superficiale: è quella più vicina alla superficie del suolo.

Indagine geoelettrica. Come noto, l’attitudine di un materiale a opporre resistenza al passaggio delle cariche elettriche è detta resistività elettrica. In particolare, la resistività di un ammasso roccioso è una sua proprietà intrinseca ed essa varia in funzione della litologia, dell’acqua contenuta in essa e della presenza di sali disciolti. Il metodo di indagine geoelettrica permette di creare un modello del sottosuolo, coerente con valori di potenze e variazione in profondità della resistività. Operativamente, si procede energizzando il terreno con corrente elettrica di intensità nota, per mezzo di due elettrodi di corrente, e misurando la differenza di potenziale elettrico generata, per mezzo due elettrodi – sonda.

Ubicazione Sev n°8 lungo la strada di accesso alla Cattedrale.

Ubicazione Sev n°8 lungo la strada di accesso alla Cattedrale.

Gli elettrodi possono avere differenti configurazioni geometriche, le quali possono essere scelte sia in funzione della risoluzione degli obiettivi nel sottosuolo sia in funzione della profondità da indagare. Nelle indagini idrogeofisiche sono perlopiù utilizzati i quadripoli collineari, dove gli elettrodi esterni del quadripolo (detti A e B) immettono corrente nel sottosuolo e gli elettrodi interni al quadripolo (detti M e N) misurano la differenza di potenziale fra le superfici equipotenziali che loro stessi intercettano. Le coppie di elettrodi A-B e M-N sono mutuamente simmetriche rispetto al centro C del quadripolo, centro al quale di attribuiscono le misure sulla verticale passante per esso. La profondità indagata, oltre che dalla composizione e dalla presenza di soluzioni acquose, dipende anche dalla distanza fra gli elettrodi di corrente A e B: a parità di condizioni, all’aumentare della distanza A-B, aumenterà anche la profondità d’indagine.

Ubicazione Sev n°9 piazzale della Cattedrale.

Ubicazione Sev n°9 piazzale della Cattedrale.

Applicazioni. La configurazione quadripolare adottata è di tipo Schlumberger: essa ha il vantaggio di meglio distinguere le variazioni verticali di resistività. La particolare sensibilità alla distinzione verticale della resistività ha fatto sì che questo tipo di indagine sia conosciuta anche come Sondaggio Elettrico Verticale (Sev). Infatti il nostro modello idrogeologico di riferimento prevedeva una variazione verticale di strati differentemente resistivi. Nel caso in analisi, le distanze AB massime raggiunte sono state di 600 m.

La strumentazione utilizzata in campo è stata: georesistivimetro Abem Terrameter Sas1000; 2 bobine di corrente di lunghezza pari a  300 m;  2 bobine di potenziale di lunghezza pari a 50 m e 4 dispositivi multielettrodo per minimizzare la resistenza col terreno. Sono stati eseguiti 10 Sondaggi Elettrici Verticali dal 26.02.2015 al 01.03.2015 e la loro posizione è stata rilevata con dispositivi Gps. I risultati grafici delle elaborazioni più significative sono riportati nel box.

Ubicazione Sev n°9 bobine cavi di misura del potenziale.

Ubicazione Sev n°9 bobine cavi di misura del potenziale.

I risultati. Nell’articolo sono riportati i diagrammi bi-logaritmici ritenuti più significativi, nei quali si riporta la resistività misurata (ordinate) in funzione delle distanze AB/2 (ascisse). L’elaborazione dei dati permette di attribuire a ogni centro di sondaggio una colonna stratigrafica che mostra le variazioni e i valori stimati della resistività elettrica in profondità, sulla base dei quali, sempre per ciascun punto, è stata stimata la profondità dell’acquifero. Sulla base del modello geologico congruente con i valori di resistività elettrica, è stata stimata la profondità dell’acquifero. Sono evidenti dei valori di resistività, relativamente elevati e coerenti con le litologie presenti. In tutti i diagrammi compaiono degli strati meno conduttivi, certamente riferibili alla presenza di una falda profonda. Anche se le condizioni di misura non sono state sempre ideali, i dati indicano chiaramente che l’acquifero d’interesse si trova a profondità dell’ordine di 80 – 100 m. L’acquifero sembra comunque avere continuità laterale, visto che di esso si hanno indizi in tutti i sondaggi utili.

La prima conclusione è che il modello idrogeologico ipotizzato è confermato dai sondaggi elettrici. La seconda conclusione è che vi sono presupposti favorevoli per la fattibilità di un nuovo pozzo. L’analisi congiunta dei dati di resistività, geologici, idrogeologici e morfologici, tenuto anche conto delle esigenze locali, porta a individuare come la più favorevole per una futura perforazione la sub-area prossima al Sev n°8. Quest’area presenta anche diversi aspetti positivi:
– si trova a quota maggiore rispetto alla Missione e a diversi altri caseggiati: per questo motivo, l’acqua emunta dal pozzo potrebbe defluire anche per semplice gravità;
– si trova a distanza di almeno 150 metri a sud del pozzo attualmente attivo e quindi, ipotizzando il deflusso delle acque sotterranee in direzione prevalente Ovest-Est (ovvero dalle alture verso il Lago Vittoria) potrebbe non interferire in modo significativo con il pozzo attivo già esistente.

Sorgente in prossimità della Cappella.

Sorgente in prossimità della Cappella.

Proposte di ottimizzazione. Oltre la terebrazione di un nuovo pozzo, si potrebbero ottimizzare anche le risorse idriche attualmente presenti, quali il pozzo già attrezzato e la raccolta dell’acqua piovana, utilizzabile quest’ultima per gli usi tecnici (non potabilità). Per l’ottimizzazione del pozzo esistente, la sequenza operativa suggerita riguarda: l’esecuzione di una prova di portata per valutare la potenzialità di produzione della falda e la verifica dell’adeguatezza della potenza della pompa già presente. Invece, per l’ottimizzazione della raccolta e della distribuzione dell’acqua piovana, si prenderà in considerazione la presenza di 40 tank, di capienza complessiva di 357 m3. L’apporto meteorico totale annuale è di circa 2000 mm, con apporto minimo di 37 mm mensili nei mesi estivi, corrispondenti alla stagione secca. L’ipotesi contemplata riguarda quindi la raccolta dell’acqua piovana dalle falde delle coperture dei fabbricati presenti, in aggiunta all’acqua captata dal pozzo già in funzione. La sequenza operativa suggerita riguarda:
– verifica delle superfici delle coperture presenti, utili per la raccolta dell’acqua piovana;
– ubicazione dei tank in posizione utile per la raccolta, l’accumulo e la successiva distribuzione dell’acqua di servizio;
– realizzazione della rete di distribuzione, separando le linee di distribuzione dell’acqua di servizio dalle linee di distribuzione dell’acqua potabile.

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Bibliografia

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