Hydrodispersive characterization of a sandy porous medium by tracer tests carried out in laboratory on undisturbed soil samples

The contamination of large areas and correspondent aquifers often imposes to implement some recovery operations which are generally complex and very expensive. Anyway, these interventions necessarily require the preventive characterization of the aquifers to be reclaimed and in particular the knowledge of the relevant hydrodispersive parameters. The determination of these parameters requires the implementation tracer tests for the specific site (Sauty JP, 1978). To reduce cost and time that such test requires tracer tests on undisturbed soil samples, representative of the whole aquifer, can be performed. These laboratory tests are much less expensive and require less time, but the results are certainly less reliable than those obtained by field tests for several reasons, including the particular scale of investigation. In any case the hydrodispersive parameters values, obtained by tests carried out in laboratory, can provide useful information on the considered aquifer, allowing to carry out initial verifications on the transmission and propagation of the pollutants in the aquifer considered. For this purpose, tracer tests with inlet of short time were carried out in the Soil Physics Laboratory of the Department of Soil Protection (University of Calabria), on a series of sandy soil samples with six different lengths, repeating each test with three different water flow velocities (5 m/d; 10 m/s and 15 m/d) (J. Feyen et al., 1998). The lengths of the samples taken into account are respectively 15 cm, 24 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm and 75 cm, while the solution used for each test was made of 100 ml of water and NaCl with a concentration of this substance corresponding to 10 g/L. For the porous medium taken into consideration a particle size analysis was carried out, resulting primarily made of sand, with total porosity equal to 0.33. Each soil sample was placed in a flow cell in which was inlet the tracer from the bottom upwards, measuring by a conductivimeter the variation of the outgoing concentration over time and obtaining the respective breakthrough curve. The flow was induced and regulated by a peristaltic pump. The results obtained are consistent together with those obtained by other researchers for analogues soil types; moreover the existence of a scaling law for the hydrodispersive parameters considered, ie the longitudinal dispersivity (L) and the longitudinal dispersion coefficient (DL), was also verified (Neuman S.P., 1990), (Schulze-Makuch D., 2005).

La contaminazione di vaste aree e dei relativi acquiferi impone spesso la necessità di effettuare operazioni di bonifica che generalmente risultano complesse e molto costose. In ogni caso tali interventi richiedono necessariamente la preventiva caratterizzazione degli acquiferi da bonificare e in particolare la conoscenza dei relativi parametri idrodispersivi. La determinazione di tali parametri richiede pertanto l’effettuazione di prove di tracciamento specifiche per il singolo sito (Sauty J.P., 1978; Beretta G.P., 1998). Per tentare di ridurre i costi e i tempi che tali prove richiedono si può ricorrere a prove di tracciamento effettuate in laboratorio su campioni indisturbati di terreno rappresentativi dell’intero acquifero. Tali prove di laboratorio sono molto meno costose e richiedono tempi minori; tuttavia i loro risultati sono certamente meno attendibili di quelli ottenuti tramite prove di campo per diversi motivi, tra cui anche la particolare scala di sperimentazione. In ogni caso i valori dei parametri idrodispersivi ottenuti con prove di tracciamento effettuate in laboratorio riescono a fornire utili indicazioni sui valori reali, consentendo di effettuare verifiche iniziali del trasporto e della propagazione degli inquinanti nell’acquifero considerato. A tal fine prove di tracciamento con immissione impulsiva sono state condotte nel Laboratorio di Fisica del Suolo del Dipartimento di Difesa del Suolo dell’Università della Calabria su una serie di campioni di terreno sabbioso di 6 differenti lunghezze, ripetendo ciascuna prova con 3 differenti velocità del flusso idrico (5 m/d; 10 m/d and 15 m/d) (Jacques D. et al., 1997; Feyen J. et al., 1998). Le lunghezze dei campioni considerati sono rispettivamente 15 cm, 24 cm, 30 cm, 45 cm, 60 cm and 75 cm, mentre la soluzione immessa per ogni prova era costituita da 100 ml di acqua e NaCl con concentrazione di questa sostanza pari a 10 g/L. Il mezzo poroso preso in considerazione è stato sottoposto ad analisi granulometrica, risultando costituito prevalentemente da sabbia, con porosità totale pari a 0.33. I singoli campioni di terreno sono stati inseriti in celle di flusso in cui veniva immesso il tracciante dal basso verso l’alto, misurando in uscita tramite un conduttivimetro la variazione di concentrazione nel tempo e ottenendo la rispettiva curva di restituzione. Il flusso era indotto e regolato tramite una pompa peristaltica. I risultati ottenuti sono coerenti con quelli ottenuti da altri studiosi per terreni analoghi e si è, inoltre, verificata l’esistenza di una legge di scala dei parametri idrodispersivi considerati (Neuman S.P., 1990), ossia la dispersività longitudinale (L) e il coefficiente di dispersione longitudinale (DL) (Schulze-Makuch D., 2005).