Characterization of salt-water intrusion in the lower Esino Valley, Italy using a three-dimensional numerical model

Abstract

A seawater-intrusion study was conducted at an oil-refinery site located on the coast in the lower Esino Valley, Italy. A steady-state density-dependent flow model was used in order to understand the position of the freshwater/salt-water interface, as influenced by the hydrogeologic structure and the presence of industrial activities and a river. Collected data and model results showed that in a large part of the area, the salt-water interface is steep and can penetrate only a few meters inland. On the other hand, close to the river mouth, seawater represents the main saline source for the aquifer. The river, in connection with the sea, can enhance seawater encroachment into the coastal aquifer; a long-term survey of river level and chloride concentrations in groundwater is recommended to further improve the physical model and to obtain a better calibration. At the refinery site, two “secondary” sources of saline water were identified and were demonstrated to have had a great influence on the presence of brackish waters in the unconfined aquifer: leakage from the fire-extinguishing system (network of pipes containing seawater) and rough sea events. This confirmed that groundwater contamination by chloride can result from means other than seawater intrusion.

Résumé

Une etude de l’intrusion saline a été conduite sur le site d’une raffinerie de pétrole situé sur la cote, dans la basse vallée de l’Esino, en Italie. Un modèle d’écoulement en régime permanent avec prise en compte de la densité a été utilisé de manière à comprendre la position de l’interface eau douce - eau salée, sous l’influence de la structure hydrogéologique, de la présence d’activité industrielle et de la rivière. Les données collectées et les résultats montre que sur une large partie du secteur, l’interface eau-douce - eau salée est abrupte et ne peut pénétrer seulement que de quelques mètres vers l’interieur des terres. En revanche, à proximité de l’embouchure de la rivière, l’eau de mer représente la source principale de l’eau salée de l’aquifère. La rivière, en connexion avec la mer, peut augmenter l’invasion saline dans l’aquifère cotier. Il est recommandé de suivre sur le long terme les niveaux de la rivière et des concentration en chlorures dans l’eau souterraine, pour améliorer le modèle physique et obtenir un meilleur calage. Sur le site de la raffinerie, deux sources « secondaires » d’eau salée ont été identifiées et il a été démontré qu’elles ont eue une grande influence sur la présence d’eau saumâtre dans l’aquifère libre. Il s’agit de fuites du système incendie (un réseau de conduites contenant de l’eau de mer) et d’épisodes de mer agitée. Cela confirme que la contamination de l’eau souterraine par les chlorures peut avoir d’autres origines que celle de l’intrusion saline.

Resumen

Un estudio de intrusión de agua de mar fue realizado en una refinería de petróleo localizada en la costa en el Valle Esino inferior, Italia. Se utilizó un modelo de flujo en estado estacionario dependiente de la densidad con el objeto de para comprender la posición de la interfase agua dulce - agua salada, influenciada por la estructura hidrogeológica y la presencia de actividades industriales y un río. Los datos recogidos y los resultados del modelo mostraron que en una gran parte del área, la interfase agua salada es empinada y puede penetrar sólo unos pocos metros hacia el interior. Por otra parte, cerca de la desembocadura del río, el agua de mar representa la principal fuente salina para el acuífero. El río, en conexión con el mar, puede favorecen la contaminación de agua de mar en el acuífero costero; se recomienda un monitoreo a largo plazo del nivel del río y de las concentraciones de cloruro en el agua subterránea para una mejora ulterior del modelo físico y obtener una mejor calibración. En el sitio de la refinería se identificaron dos fuentes “secundarias” de agua salina y se demostró que han tenido una gran influencia en la presencia de aguas salobres en el acuífero no confinado: las pérdidas desde el sistema de extinción del fuego (red de tuberías que contienen agua de mar) y episodios marítimos de tormenta. Esto confirmó que la contaminación del agua subterránea por cloruro puede provenir de otras causas que la intrusión de agua de mar.

摘要

我们对位于意大利Esino流域下游海岸的一个炼油厂场地进行了一项海水入侵研究。应用依赖密度的稳定流模型确定受水文地质结构、工业活动和河流的影响的咸-淡水界面的位置。收集的数据和模型结果表明, 大部分区域的咸-淡水界面是陡倾角的, 只能到达陆地方向几米远。另一方面, 在靠近河口处, 海水是含水层主要盐分来源。河流与海洋相连能增强海水渗入沿岸含水层的能力 ; 河流水位和地下水氯化物浓度的长期监测将可进一步完善该物理模型并使之得到更好的校正。我们识别出炼油厂咸水的两个次生来源, 即 : 灭火系统 (含海水的管道网络) 的渗漏和涌强浪事件。它们已经对潜水含水层的微咸水产生巨大的影响。由此证实, 除了海水入侵之外, 其它途径也能引起地下水氯化物污染。

Riassunto

Nei pressi di una raffineria situata nella bassa valle dell’Esino, Italia, è stato condotto, mediante l’utilizzo di un modello di flusso densità-dipendente stazionario, uno studio sul fenomeno dell’intrusione salina allo scopo d’individuare l’influenza della struttura idrogeologica, del fiume e della presenza delle attività industriali sulla posizione dell’interfaccia acqua dolce-acqua salata. I dati raccolti e i risultati del modello hanno mostrato che mentre nella maggior parte dell’area indagata l’interfaccia tra acqua dolce e acqua salata si presenta abbastanza verticale e penetra nell’entroterra solo poche decine di metri, in prossimità della foce del fiume il mare risulta essere la principale sorgente di salinità nell’acquifero. Il fiume, in funzione degli scambi idrici con il mare e il sistema idrico sotterraneo, può favorire l’avanzamento dell’acqua salata all’interno dell’acquifero; pertanto una campagna di lungo periodo di misure del livello idrico del fiume e della concentrazione dei cloruri in falda è risultata essere necessaria per migliorare ulteriormente il modello fisico ed ottenere conseguentemente una migliore calibrazione. Nel sito della raffineria sono state identificate anche due sorgenti “secondarie” di acqua salata che, è stato dimostrato, svolgono un importante ruolo sulla presenza di acqua salmastra nell’acquifero libero: le perdite della rete antincendio (sistema che contiene acqua di mare) e gli eventi di mareggiata. Questo ha confermato che la contaminazione delle acque sotterranee da parte dei cloruri può essere determinata anche da cause differenti dall’intrusione salina.

Resumo

Foi efectuado um estudo sobre intrusão marinha no local de uma refinaria de petróleo situada na costa italiana, na parte inferior do Vale de Esino. Utilizou-se um modelo de escoamento dependente da densidade, em regime permanente, a fim de se perceber a posição da interface água doce-água salgada, influenciada pela estrutura hidrogeológica, pela presença de actividades industriais e de um rio. Os dados compilados e os resultados do modelo mostraram que, numa grande parte da área, a cunha salina é muito inclinada e apenas pode penetrar poucos metros para o continente. Por outro lado, perto da foz do rio, o mar representa a principal fonte de água salgada para o aquífero. O rio, em ligação com o mar, pode reforçar o avanço da água do mar para dentro do aquífero costeiro; recomenda-se uma monitorização a longo prazo do nível do rio e das concentrações de cloreto na água subterrânea, para melhorar o modelo físico e obter uma melhor calibração. No local da refinaria foram identificadas duas fontes “secundárias” de água salgada, que demonstraram ter tido uma grande influência na presença de águas salobras no aquífero freático: fugas no sistema de extinção de incêndios (rede de condutas com água salgada) e episódios de mar tempestuoso. Confirmou-se deste modo que a contaminação das águas subterrâneas por cloretos pode ter outras origens que não a intrusão marinha.