Discrete Fracture Network Approach for Studying Contamination in Fractured Rock

L’articolo tratta di una metodologia integrata per investigarei siti contaminati localizzati su rocce sedimentarie fratturate, denominata “approccio DFN (Discrete Fracture Network), la metodologia viene  sviluppata a partire da indagini approfondite, condotte su 8 siti industriali contaminati, situati negli Stati Uniti
ed in Canada. L’approccio è una combinazione di metodi di campo, di cui molti sono innovativi e pochi sono miglioramenti di tecniche consolidate e considerate già mature; la fase di affinamento dell’approccio è ancora in corso. L’approccio è diretto ad acquisire data-set integrati di parametri, tramite vari tipi di misure, a
partire da carotaggi. Tali misure possono riguardare sia le carote prelevate, comprendendo analisi dei contaminanti e delle proprietà fisiche, chimiche e biologiche della matrice rocciosa, sia il foro di sondaggio, focalizzandosi sulla natura del sistema di fratture e delle sue interazioni con la matrice. I data-set ottenibili da ogni foro sono assai diversi per tipologia e quantità di informazioni; per tale motivo è stato creato un sistema informativo relazionale di immagazzinamento e gestione del dato al fine di facilitare le procedure di QA/QC e di favorire la trasparenza e la tracciabilità. Il fine ultimo di questo approccio è quello di acquisire i dati di campo e di laboratorio necessari per l’implementazione di modelli numerici DFN, in primo luogo modelli statici avanzati (es. Petrel) ed in secondo luogo modelli dinamici (es. FRACTRAN, HydroGeoSphere) ai fini
della simulazione del flusso di falda e del trasporto e destino dei contaminanti. Tutti i parametri necessari per la caratterizzazione delle fratture e della matrice rocciosa sono misurati secondo una o più modalità usando sia le carote che il foro, ad eccezione della lunghezza delle fratture. Le distribuzioni della lunghezza delle fratture sono inferite dall’analisi di dettaglio della distribuzione dei contaminanti, impiegando sia l’osservazione diretta nelle carote sia la simulazione calibrata con approccio DFN; in quest’ultima la conducibilità idraulica media dell’ammasso è assegnata in prima istanza a partire dall’analisi di prove di pompaggio e successivamente calibrata tramite simulazioni numeriche tridimensionali di flusso con approccio EPM (Equivalent Porous Medium). Rocce sedimentarie densamente fratturate rappresentano il substrato geologico degli 8 siti indagati, tutti contaminati da inquinanti organici, per lo più solventi clorurati. La porosità della matrice di queste rocce (arenarie, siltiti, argilliti o dolomie), tipicamente compresa fra il 2 ed il 20%, agisce da grosso volume di immagazzinamento per i contaminanti in fase disciolta. La diffusione ha guidato il trasporto di massa di contaminante dalle fratture, laddove avviene un flusso attivo di falda,
verso i blocchi di matrice a bassa permeabilità. Questo trasferimento di massa, combinato alla lunga storia della contaminazione di questi siti, ha fatto sì che quasi tutta la massa del contaminante ora risieda entro la matrice rocciosa. I plume di contaminazione che ne risultano sono regolari di forma e piccoli rispetto a quanto ci si sarebbe potuto aspettare sulla base della elevata velocità di flusso associata alle fratture. La limitata estensione dei plume è dovuta alla forte diffusione nella matrice, associata ad adsorbimento, oltre che alla migrazione laterale trasversale nella rete di fratture e, in alcuni siti, alla degradazione dei contaminanti. L’applicazione di modelli di trasporto bi-dimensionali di tipo DFN, che incorporano i processi rilevanti che coinvolgono sia le fratture che la matrice, fornisce la base per quantificare i fenomeni suddetti. Laddove implementati e calibrati tramite parametri sito-specifici ottenuti tramite l’approccio DFN e tramite codici numerici tridimensionali di flusso di tipo EPM, i modelli DFN sono stati impiegati per generare plume
simulati che rappresentino la distribuzionedella contaminazione e quantifichino l’attenuazione naturale.