Slug test – Hvorslev 1951

Le prove con lo “Slug test”

Lo slug test è divenuto uno dei metodi più usati, per una rapida stima dei principali parametri idrogeologici degli acquiferi, tra cui in primo luogo la conducibilità idraulica. In particolare, divengono di primaria importanza la rapidità e la facilità d’esecuzione di queste prove idrodinamiche, per soddisfare le esigenze dei moderni metodi di valutazione della vulnerabilità degli acquiferi e del rischio di inquinamento.

Uno slug test consiste nel provocare una variazione istantanea del livello piezometrico, in un perforo di diametro “non grande” (p.e. in un piezometro) e nella misura del tempo necessario per il successivo ripristino delle condizioni iniziali; ciò si può ottenere in vari modi, ma quello operativamente più semplice consiste nell’introduzione (o nell’estrazione) di un volume noto di acqua, o di un solido di forma cilindrica, nel foro di prova.

A parità di volume di “slug” solido utilizzato per la prova, la velocità di ripristino del livello originario sarà direttamente correlata alla conducibilità idraulica dell’acquifero testato.

La prova può essere effettuata sia a carico crescente, che a carico decrescente, ossia prima inserendo e poi, una volta ottenuto il ripristino dell’originario livello idrico, estraendo dal piezometro di prova il volume, che ha provocato lo scompenso del livello originario.

Il successo della prova è vincolato all’oculatezza delle scelte operative relative alla corretta tecnica d’acquisizione dei dati ed al raggiungimento di una significativa variazione del livello idrico nel piezometro; quest’ultima dipenderà dal volume dello slug solido, dal diametro del perforo e dalla permeabilità dell’acquifero soggetto alla prova.

I vantaggi relativi all’uso degli slug tests sono numerosi:

• gli slug test interessano l’intera lunghezza filtrata e, quindi, coinvolgono livelli a diversa permeabilità dello stesso acquifero, fornendo dei valori di K diversi, in virtù della disomogeneità ed anisotropia, più o meno marcate, dell’acquifero nel suo complesso; per cui può essere determinata sia la conducibilità idraulica degli acquiferi che degli aquitards;
• le misure sulla conducibilità idraulica sono effettuate in situ e ciò evita gli errori che si verificano nei test di laboratorio, eseguiti su campioni rimaneggiati di suolo;
• non è necessario estrarre acqua dall’acquifero e questo è particolarmente importante nel caso di falde contaminate;
• le prove sono rapide e a bassi costi, perché non sono necessari pozzi di pompaggio e di osservazione.

L’uso dello slug test presenta, tuttavia, delle limitazioni:

• può essere valutata solamente la conducibilità idraulica dell’acquifero, nell’intorno del piezometro, il che non può essere rappresentativo di un’area molto vasta; di qui nasce la necessità di avere un numero di punti di prova adeguato all’estensione dell’area da studiare;
• in generale, il coefficiente di immagazzinamento S non può essere determinato (Robert P. Chapuis, D.Chenaf, 2002).

Metodo di Hvorslev (1951)

Seguendo il metodo classico di Hvorslev, si fa riferimento al livello piezometrico indisturbato, ossia al livello statico; dopo l’introduzione (prova a carico decrescente) e dopo l’estrazione dello slug solido (prova a carico crescente), il dislivello massimo, misurato immediatamente prima dell’inizio dei relativi recuperi, sarà indicato con H₀, mentre i livelli dinamici di recupero saranno indicati con H₁, H₂,… H_n. Quando si toglie l’acqua la prova si chiama bail test, quando s’immette slug test.

Facendo riferimento alla figura 1, e supponendo di avere tolto l’acqua nel pozzetto, la portata in ingresso attraverso il filtro è:

da cui la formula più generale:

con F un fattore di forma dipendente dalla lunghezza e diametro della parte filtrante.

Se q = q₀ per t = 0, allora q(t) diminuisce asintoticamente verso lo zero a mano a mano che passa il tempo.

Metodo del Time lag

Hvorslev definì il tempo base T₀ (time lag) come:

Sostituendo il valore nell’espressione precedente si ottiene, per h = H₀ al tempo t = 0:

Riportando su grafico in ascissa il tempo ed in ordinata la risalita (in scala logaritmica), si ottiene un andamento lineare. Per valori di (H – h) / (H – H0) = 0,37, allora ln(H – h) / (H – H0) = -1, quindi T₀ = t, che è poi la definizione del time lag. Per ricavare K si costruisce il grafico in figura 2, ricavando il T₀ = 0,37.

Calcolo del fattore di forma

In funzione della tipologia della posizione del filtro (Figura 3) è possibile ricavare il fattore di forma:

Dove:

• D = diametro del filtro (d_w);
• L = lunghezza del filtro bagnata (L_wetted);
• R = raggio del filtro.

Calcolo della permeabilità K

Calcolato il fattore di forma F è possibile ricavare K:

Dove:

• r = raggio preforo