Influenza dei diversi gradi di semplificazione di un modello geofisico sui risultati di una modellizzazione idrogeologica numerica: un caso studio in British Columbia (Canada)

Riassunto Il presente studio si colloca nell’ambito del progetto Peace volto ad ottenere una migliore conoscenza delle risorse idriche nella regione attraversata dall’omonimo fiume in British Columbia (Canada). Lo scopo di questa tesi consiste nello sviluppare un modello geofisico mediante l’inversione di dataset AEM (Airborne Electro-Magnetic) in un’area dove sono carenti le informazioni geologiche di sottosuolo, sulla base del quale ottenere un modello geologico e, successivamente, valutare come le diverse semplificazioni del modello possano influenzare i risultati di simulazioni numeriche di flusso delle acque sotterranee. In primo luogo, i dati AEM sono stati elaborati ed invertiti tramite il software Aarhus Workbench. Nello specifico, per ricavare il maggior quantitativo di informazioni dalla geofisica, sono state sfruttate tre strategie d’inversione: smooth, few layers e sharp. Nel confronto tra i risultati ottenuti nei tre approcci la metodologia sharp è stata considerata quella più idonea a rappresentare la variabilità litologica (laterale e verticale) dei depositi incoerenti più superficiali ed allo stesso tempo di individuare un contatto netto tra i litotipi più profondi. Sulla base dei modelli geofisici ricavati dalle suddette inversioni è stata effettuata l’interpretazione geologica sfruttando il software GeoScene3D. A supporto delle informazioni ricavate dai modelli geofisici, in carenza di dati stratigrafici, sono stati utilizzati sondaggi gamma-ray ed informazioni geologiche ottenute da letteratura pregressa. Sulla base del modello geologico elaborato e delle considerazioni di carattere idrologico/idrogeologico è stato sviluppato un modello idrogeologico concettuale del sistema acquifero. Sono stati quindi individuati due principali sistemi acquiferi, uno freatico nei depositi incoerenti superficiali di elevata permeabilità ed uno più profondo con carattere da confinato a semiconfinato/freatico nella formazione arenacea. Sono stati quindi individuate e, laddove possibile, stimate le principali componenti in entrata e/o in uscita al sistema. Nella fattispecie queste risultano essere la ricarica meteorica, l’infiltrazione di acque di scorrimento superficiale ed un possibile flusso in acquifero nei depositi incoerenti dei corsi d’acqua. Le principali voci in uscita sono legate all’azione del drenaggio dei corpi idrici superficiali, l’evapotraspirazione ed il flusso in acquifero nel settore ad est del modello. Nell’area in studio non risultano invece essere presenti importanti pozzi in emungimento. Sulla base del modello concettuale sono stati realizzati modelli numerici di flusso delle acque sotterranee tramite l’utilizzo del codice di calcolo Modflow e delle interfacce grafiche Visual Modflow e Groundwater Vistas. Nello specifico sono stati implementati tre modelli di flusso caratterizzati da una differente complessità geometrica, ottenuti da semplificazioni progressivamente meno drastiche dei modelli geologici ricavati dai dataset geofisici: un modello a cinque strati, un modello a tre strati ed un modello a due strati. Nonostante la carenza di dati specifici non abbia consentito di calibrare i modelli, quindi non sia stato possibile testare la validità della soluzione fornita, le piezometrie ottenute dal modello numerico, ritenute verosimili, hanno comunque consentito di apportare un incremento della conoscenza idrogeologica per l’area di studio. Inoltre, queste hanno permesso di verificare e quantificare come le diverse semplificazioni delle geometrie del modello geologico vadano ad influenzare in maniera sostanziale i risultati del modello numerico. Abstract This study is involed in the Peace project aimed to obtain a better knowledge of the water resources in the Peace region, in British Columbia (Canada). The purpose of this thesis is: i) to develop a geophysical model through AEM datasets (Airborne Electro-Magnetic) in an area where the geological data are lacking; ii) based on it, to obtain a geological model iii) to evaluate how the different simplifications of the geological model affect the results of the numerical groundwater flow models. First of all, the AEM data was processed and inverted by means the Aarhus Workbench software. In order to obtain the greatest amount of information from geophysics, three inversions strategies were used: smooth, few layers and sharp. Comparing the results of the three approaches, the sharp method is considered the most suitable to represent the lithological variability (lateral and vertical) of the shallow deposits and at the same time to identify a clear contact between the deeper lithotypes. On the basis of the geophysical models the geological interpretation was carried out using the GeoScene3D software. Due to the absence of stratigraphic data, gamma-ray surveys and geological information obtained from previous studies were also used in support of the geophysical data elaboration. On the basis of the developed geological model and the hydrological/ hydrogeological considerations, a conceptual hydrogeological model of the aquifer system was developed. Two main aquifer systems were identified: i) a phreatic aquifer in the shallow deposits of high permeability and ii) a confined/phreatic aquifer in the deeper sandstone. The main feeding components of the aquifer system are meteoric recharge, surface waters seepage and a regional groundwater inflow from the boundary of the area of interest. The main outflow components are related to the drainage of surface water bodies, evapotranspiration and the regional groundwater outflow in the eastern sector of the model. In the investigated area there are no information about the presence of pumping wells. Based on the conceptual model, numerical groundwater flow models were created using Modflow code and Visual Modflow and Groundwater Vistas like graphical interfaces. In particular, three flow models were implemented characterized by a different geometric complexity, obtained from progressively less drastic simplifications of the geological models: a five-layers model, a three-layers model and a two-layers model. Although the lack of measured data did not allow to calibrate the models, the truthful piezometric maps obtained from the numerical model have increased the hydrogeological knowledge of this studied aquifer system. Furthermore, this thesis allowed to verify and quantify how the various simplifications of the geological model have influenced the results of the numerical simulation in this specific case study.

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