Relazione scientifica

  CONSIGLIO NAZIONALE DELLE RICERCHE

PROGRAMMA SHORT - TERM MOBILITY - Anno 2009

1.	Introduzione
Il Programma speciale per la promozione della collaborazione internazionale tra CNR ed istituti di ricerca stranieri, attraverso la mobilità di breve durata di studiosi e ricercatori italiani e stranieri, ha consentito all’Istituto di Ricerca Sulle Acque, Unità Operativa di Supporto di Bari, di proseguire la collaborazione con l’US Geological Survey di Menlo Park in California nell’ambito del progetto dal titolo “MISURE 3D DI RESISTIVITA’ ELETTRICA COMBINATE CON TEST INFILTROMETRICI FINALIZZATE ALLA DEFINIZIONE DI UNA METODOLOGIA PER LA DETERMINAZIONE IN SITU DEL CONTENUTO DI ACQUA IN AFFIORAMENTI DI ROCCE POROSE”.
Il proponente, ing. Michele Vurro, dirigente di ricerca presso l’Istituto di Ricerca Sulle Acque-CNR, vista la positiva e produttiva esperienza maturata dalla dott. M.C. Caputo, ricercatrice dell’IRSA ha invitato, come fruitore del progamma Short-Term Mobility - anno 2009, la dott.ssa Kimberlie Perkins, ricercatrice presso United States Geological Survey (USGS) dove conduce studi sulla fisica del suolo, sulla idrologia della zona instatura e sulle tecniche per la misura delle proprietà idrauliche sia in campo che in laboratorio. I suoi studi sulla ricarica degli acquiferi, sul flusso preferenziale, sui problemi di trasporto dei contaminanti a larga scala, sulla stima diretta ed indiretta delle proprietà idrauliche, sul flusso nelle rocce fratturate, utilizzando misure di laboratorio, test di campo e modelli numerici, hanno costituito il presupposto per inserirsi in un programma di collaborazione, che ha avuto inizio nel 2002 e si è consolidato negli anni, tra il nostro Istituto e il gruppo dell’USGS che opera nell’ambito del Unsaturated-Zone Flow Project. 
Pertanto, la dott.ssa Kimberlie è stata ospite dell’IRSA di Bari per 10 giorni lavorativi a partire dal 21 settembre 2009.
2.	Attività svolta
L’attività di ricerca svolta durante la visita della dott.ssa Perkins ha riguardato lo studio delle caratteristiche idrauliche di mezzi porosi, in particolare quelli di natura lapidea, utilizzando metodi convenzionali e tecnologie innovative per la determinazione delle proprietà idrauliche in condizioni di saturazione variabile.
Durante il periodo della visita della dott.ssa Perkins sono stati approfonditi vari aspetti che riguardano gli studi della zona vadosa; in particolare:
1.	Misure sperimentali in situ nella zona non satura finalizzata alla determinazione della velocità di infiltrazione e quindi alla stima della ricarica di una falda idrica non confinata. A tal proposito è stata progettata ed eseguita un’articolata sperimentazione di campo in una cava di calcarenite situata nel territorio di Canosa di Puglia. Il test è consistito nell’esecuzione di una prova infiltrometrica a carico variabile combinata con tecniche geofisiche che hanno consentito di ottenere immagini 3D del sottosuolo e quindi anche la distribuzione del contenuto di acqua. Per il test infiltrometrico è stato installato, sulla roccia affiorante, un anello di 2 m di diametro, al fine di considerare l’eterogeneità della roccia, e un georesistivimetro per l’acquisizione contemporanea di misure di resistività elettrica (ERT). I dati acquisiti durante la prova infiltrometrica sono stati elaborati consentendo di valutare la conducibilità idraulica satura di campo delle calcareniti; mentre quelli geofisici sono in corso di elaborazione.
2.	Verifiche e calibrazione di sonde per la misura in campo del contenuto di acqua nelle rocce porose. In particolare, nell’ambito della sperimentazione descritta nel punto 1., sono stati utilizzati dei dispositivi commerciali, messi a punto per essere impiegati nei suoli, con l’obiettivo di verificare la loro utilizzabilità nelle rocce. Al termine della sperimentazione i risultati sono soddisfacenti e, pertanto, incoraggiano a ritenere che tali sonde siano efficacemente utilizzabili anche nelle rocce porose. Sono state altresì riscontrate, nella fase di installazione nei materiali lapidei, difficoltà superiori a quelle che s’incontrano utilizzandoli normalmente nei suoli, ma in ogni caso sono state supereate.
3.	 Progetti per il futuro
Gli approfondimenti trattati nell’ambito del programma Short-Term Mobility – anno 2009 sono da considerare in continuità con le ricerche avviate in collaborazione con l’U.S. Geological Survey da circa sei anni. La collaborazione scientifica con la dottoressa Perkins e con tutto il gruppo di ricerca del Unsaturated Flow Project, infatti, ha avuto come momento fondamentale il soggiorno di sei mesi della dott.ssa Maria C. Caputo presso i laboratori dell’USGS di Menlo Park, nell’ambito della borsa di studio CNR-NATO. 
Per quanto riguarda il futuro, la visita della dott.ssa Perkins ha consentito un proficuo confronto su vari aspetti relativi agli studi sulla zona non satura che hanno condotto alla stesura di un piano schematico delle attività di ricerca da sviluppare, nel prossimo anno, parallelamente nel laboratorio per la caratterizzazione idraulica delle matrici solide dell’IRSA di Bari, di cui la dott.ssa Caputo è responsabile, e nel laboratorio dell’USGS di Menlo Park, dove la dott.ssa Perkins svolge attività sperimentale.
Nello specifico le attività sperimentali da sviluppare in futuro sono delineate come segue:
obiettivo	studiare, sia a scala di laboratorio che di campo, la possibilità di avere, attraverso la tomografia elettrica, un’immagine dei flussi preferenziali nelle rocce e nei suoli, con particolare attenzione alla determinazione quantitativa del contenuto di acqua
test di campo	eseguire ulteriori test presso la cava di Canosa posizionando le sonde più vicine all’anello, accertato che il flusso, durante il processo d’infiltrazione, non diverge lateralmente.
confronto	confronto tra i risultati ottenuti nel test a Canosa e quelli relativi ai test che saranno eseguitio con le stesse modalità a Stanford – CA (USA). 
test di laboratorio	utilizzare i dati dei test di campo per progettare test di laboratorio finalizzati a definire un protocollo operativo per valutare la velocità d’infiltrazione e il contenuto di acqua nelle matrici lapidee. I test di laboratorio saranno eseguiti con le stesse modalità e procedure sperimentali sia presso il laboratorio dell’IRSA di Bari che presso il laboratorio dell’USGS di Menlo Park.
confronto	confronto tra i risultati ottenuti nei due laboratori. 

4.	Conclusioni 
Il soggiorno scientifico della dott.ssa Perkins presso l’IRSA, nell’ambito del programma Short-Term Mobility – anno 2009, è stato una ulteriore valida occasione che ha consentito di dare continuità alle attività di collaborazione scientifica già avviate, di verificare il lavoro svolto su progetti di ricerca in corso e di pianificare nuovi programmi per il futuro, ed ha rappresentato una importante opportunità che ha contribuito alla promozione e al rafforzamento della cooperazione scientifica internazionale tra il nostro Istituto e un’Istituzione di ricerca straniera di elevato prestigio scientifico.

									Ing. Michele Vurro