Aspetti idrologici ed idrogeologici della sorgente Sanità di Caposele, alimentante l’Acquedotto Pugliese Hydrological and hydrogeological features of the Sanità spring of Caposele, Southern Italy, which feeds the Pugliese aqueduct Francesco Fiorillo Dipartimento di Scienze e Tecnologie, University of Sannio, Italy in collaborazione con Acquedotto Pugliese S.p.A. Giornata di approfondimento AIGA “Lo studio e la tutela delle acque sotterranee”, 25 ottobre 2016, Bari Piano Laceno (Mt. Cervialto), Caposele spring catchment
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Aspetti idrologici ed idrogeologici della
sorgente Sanità di Caposele, alimentante
l’Acquedotto Pugliese
Hydrological and hydrogeological features of the
Sanità spring of Caposele, Southern Italy, which
feeds the Pugliese aqueduct
Francesco Fiorillo
Dipartimento di Scienze e Tecnologie, University of Sannio, Italy
in collaborazione con Acquedotto Pugliese S.p.A.
Giornata di approfondimento AIGA “Lo studio e la tutela delle acque sotterranee”, 25 ottobre 2016, Bari
Piano Laceno (Mt. Cervialto), Caposele spring catchment
Caposele spring and Pugliese aqueduct
Caposele spring:
elevation: 417 m a.s.l.
mean discharge 4 m3/sec
Caposele
Pugliese aqueduct:
total lenght: more than 400 km
main gravity-channel (244 km long) up to Villa Castelli
93 bridges and 105 tunnels
Pavoncelli tunnel, 15.3 km
Murge tunnel, 16 km
Giornata di approfondimento AIGA “Lo studio e la tutela delle acque sotterranee”, 25 ottobre 2016, Bari
1868, Camillo Rosalba (engineer of thePublic Works Office)
1901, first studies and surveys in the area of Sanità springs (supported bya financing of the central state, one million lire).
1902, the consortium “Acquedotto Pugliese” (State and other localauthorities) was formed, with full powers on the construction and futuremanagement.
1906, begin the excavation of the tunnel crossing (Pavoncelli) andsubsequently those of the main channel up to Villa Castelli.
Main historical points before the tapping
Giornata di approfondimento AIGA “Lo studio e la tutela delle acque sotterranee”, 25 ottobre 2016, Bari
1915, arrival of spring water in Bari
1918, Brindisi
1927, Lecce
Main historical points of the tapping
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Main features of the tapping zone
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Caposele spring viewMain channel in the tapping area
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Beginning of the last century (1900)
Caposele spring view
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Caposele spring viewcurrently
Giornata di approfondimento AIGA “Lo studio e la tutela delle acque sotterranee”, 25 ottobre 2016, Bari
Fiorillo F., Guadagno F.M. (2012) - Long karst spring discharge time series …… – Env. Earth Sciences
Giornata di approfondimento AIGA “Lo studio e la tutela delle acque sotterranee”, 25 ottobre 2016, Bari
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Annual Winter
Summer 11-ys mov. av.
Te
mp
era
ture
, °C
1969
1938
1926
1893
Shift/replacement termometer
a)
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-5
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Annual
Winter
Summer
1949-1951
1952-1956
1936-19461987-2008
RA
PS
Temperature above the mean
Temperature below the mean
b)
Temperature trend, Montevergine station, 1270 m a.s.l. Period 1884 - 2008
Bucci et al. (2015) - Winter survival of microbial contaminants in soil… – J. Env. Sciences
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Aquifer behavior during dry periods (recession)
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Fiorillo F., Revellino P., Ventafridda G. (2012) - Karst aquifer drainage during dry periods. J. of Cave and Karst Studies
Aquifer behavior during dry periods (recession)dependence of the recession coefficient on Q0
Caposele
y = 1,06x - 2,81
R = 0.98
Pollentina
y = 3.13x - 1.07
R = 0.93
Bagno della Regina
y = -0.68x2 + 0.24x + 6.8
R = 0.88
Cassano Irpino springs
y = -0,2421x2 + 1,8177x
R = 0,90
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0Q0 (m
3/s)
rece
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1
0-
3 (
d-1
)
Giornata di approfondimento AIGA “Lo studio e la tutela delle acque sotterranee”, 25 ottobre 2016, Bari
Fiorillo F., Revellino P., Ventafridda G. (2012) - Karst aquifer drainage during dry periods. J. of Cave and Karst Studies
Drainage of a composite cylindrical tank-reservoir
Independent of the model used, the
following relationship can be deduced:
I
II
II
I
A
A
1
1a
aII
III
III
II
A
A
1
1a
a
Fiorillo F. (2011) - Tank-reservoir drainage as a simulation of recession limb of karst spring hydrographs. Hydrogeology Journal
Giornata di approfondimento AIGA “Lo studio e la tutela delle acque sotterranee”, 25 ottobre 2016, Bari
II
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III
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II
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III
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III
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n
nA
nA
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II
A
A
1
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II
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III
eff
III
II
n
n
a
a
From the composite tank-reservoir to karst aquifers
composite tank-reservoir karst aquifer
Torricelli law
Darcy/Poiseuille law
Giornata di approfondimento AIGA “Lo studio e la tutela delle acque sotterranee”, 25 ottobre 2016, Bari
Fiorillo F. (2011) - Tank-reservoir drainage as a simulation of recession limb of karst spring hydrographs. Hydrogeology Journal
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Example of a karst aquifer, tectonically bounded by impervious terrains Conduits, shafts, vadose zone and saturated zone with different effective porosity are shown
Fiorillo F. (2011) - Tank-reservoir drainage as a simulation of recession limb of karst spring hydrographs. Hydrogeology Journal
Caposele spring discharge and water level monitored in well P1
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P1 well
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419
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Sep-0
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Nov-0
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Mar-
09
May-0
9
Jul-09
Sep-0
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9
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0
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Mar-
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May-1
1
Jul-11
Sep-1
1
Nov-1
1
2.5
3
3.5
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4.5
5
5.5
6
P1-well water level
Caposele spring discharge
Wa
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ble
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Dis
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P1
Oct 2
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8
Oct 2
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Se
p 2
01
0
No
v2
01
1
Caposele spring discharge and water level monitored in well P1
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Fiorillo F., (2013) - la recessione degli idrogrammi sorgivi ed analisi della sorgente caposele (italia meridionale) durante i
periodi secchi .. IT. J. ENG. GEOL. ENV.
Recession
period
Discharged
water volume
at spring
Dw (m3 106)
Water level
decrease in P1
L (cm)
Discharged volume for unit
of water level decrease
Vw=Dw/L (m3/cm 106)
October 2008 8,2 6 1,37
October 2009 11,3 31 0,36
September 2010 10,8 24 0,45
November 2011 9,8 23 0,43
Caposele spring discharge and water level monitored in well P1
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Fiorillo F., (2013) - la recessione degli idrogrammi sorgivi ed analisi della sorgente caposele (italia meridionale) durante i
periodi secchi .. IT. J. ENG. GEOL. ENV.
Caposele spring discharge and water level monitored in well P1
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05.11043.0
1045.06
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)2010(
)2011(
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V
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)2011(
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n
83.300060.0
00230.0
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)2009(
)2009(
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1037.16
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)2008(
)2009(
)2008(
w
w
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eff
V
V
n
n
2008 and 2009 years
2010 and 2011 years
II
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III
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III
II
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n
a
aCheck the formula
Fiorillo F., (2013) - la recessione degli idrogrammi sorgivi ed analisi della sorgente caposele (italia meridionale) durante i
periodi secchi .. IT. J. ENG. GEOL. ENV.
Recharge processes in the spring catchment (Cervialto massif)
Estimation of the long-term recharge (ratio between discharge volume and rainfall on the catchment)
The model have to distinguish the endorheic areas (closed morphologicalzones, where runoff cannot escape from the spring catchment) from therest of the catchment (open areas)
Then, a daily recharge model, calibrated on the previous annual scale estimation, allows to simulate the recharge and the runoff at daily scale
Fiorillo F., Pagnozzi M., Ventafridda G. (2015) - A model to simulate recharge processes of karst massifs- Hydrological processes
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y = 0,753x + 1207,1
R2 = 0,9388
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 500 1000 1500 2000
elevation (m a.s.l.)
annual ra
infa
ll (m
m)
Rain gaugeElevation
(m a.s.l.)
Rainfall
(mm)
Acerno 725 1797
Campagna 300 1551
Contursi 97 1270
Eboli 173 1177
Giffoni Valle Piana 187 1398
Piano di Verteglia 1200 2143
Piano Laceno 1170 2014
a)
y = -0,0066x + 16,287
R2 = 0,93
0
2
4
6
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12
14
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0 500 1000 1500 2000
elevation (m a.s.l.)
An
nu
al m
ea
n t
em
pe
ratu
re (
°C)
TermometerElevation
(m a.s.l.)
Temperature
(°C)
Avellino 383 14,5
Montella 497 11,9
Montemarano 650 12,0
Montevergine 1287 7,9
Serino 351 14,2
b)
Annual mean rainfall and annual mean temperature in relation to ground-elevation
period 1970 - 1999
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Fiorillo F., Pagnozzi M., Ventafridda G. (2015) - A model to simulate recharge processes of karst massifs- Hydrological processes
Mean Max Min
Mt.
CERVIALTO
(spring
catchment)
Elevation
m (a.s.l.)1179 1809 417
Afflux
mm/year2109 2621 1529
Temperature
°C8,5 13,5 4,4
Actual
evapotr.
mm529 688 410
Main hydrological features of the Cervialto massiflong-term annual values
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( ( EE AeffA FR
( ( EAeffsAo FQR -recharge in the open areas, (R)Ao,
effective afflux, Feff, in a specific area, A
recharge amount, R, in endorheic area, AE
( An
P
F
n
eff
Aeff
1
Main hydrological parameters estimation (long-term annual scale)
effective recharge
coefficient, CR
1)( EARC
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O
O
O
Aeff
A
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RC
)()(
Fiorillo F., Pagnozzi M., Ventafridda G. (2015) - A model to simulate recharge processes of karst massifs- Hydrological processes
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F, afflux
Feff, effective afflux
RO, run off;
Main hydrological parameters of Cervialto catchment
Fiorillo F., Pagnozzi M., Ventafridda G. (2015) - A model to simulate recharge processes of karst massifs- Hydrological processes
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Fiorillo F., Pagnozzi M., Ventafridda G. (2015) - A model to simulate recharge processes of karst massifs- Hydrological processes
Recharge coefficient for open areas, (CR)Aofunction of threshold of daily recharge, for different hydrological years
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Fiorillo F., Pagnozzi M., Ventafridda G. (2015) - A model to simulate recharge processes of karst massifs- Hydrological processes
Conclusions
• Caposele spring is a fundamental water resource in southern Italy
• two hydrogeological aspects enhance its usability: absence of peaks (as a typicalporous medium) and the regime almost opposite to that of precipitation
• drought reduces the discharge of following years as well, highlighting a memory effectof the aquifer
• the spring is drough-resistant, as the (exponential) recession coefficient decreaseswhen initial discharge(Q0) also decreases
• as the spring catchment is not interested by pumping (groundwater abstraction) and itsenvironment is almost unchanged during the last century, spring discharge is apowerful indicator of climate
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Aspetti idrologici ed idrogeologici della sorgente Sanitàdi Caposele, alimentante l’Acquedotto Pugliese
Hydrological and hydrogeological features of the Sanitàspring of Caposele, Southern Italy, which feeds the
Pugliese aqueduct
Francesco Fiorillo
Dipartimento di Scienze e Tecnologie, University of Sannio, Italy
in collaborazione con Acquedotto Pugliese S.p.A.
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