8.2.1 CARTE CONDUCIMENTRICHE E CONSIDERAZIONI SUL FENOMENO DELL’INTRUSIONE MARINA NELL’AREA DI STUDIO

I dati sono stati quindi riportati in Surfer (versione 11), software che prevede siano note le coordinate spaziali dei punti di interesse (X e Y, determinate con un GPS Leica 1200 Series nel nostro caso) e la conducibilità elettrica (Z); in questo caso come metodo di interpolazione per la rielaborazione dei dati è stato scelto il kriging. Si tratta di un metodo geostatistico d’interpolazione, che trova i pesi migliori da dare ai valori distribuiti nello spazio per stimare il valore della variabile in ogni punto, producendo una stima della variabile (la conducibilità elettrica nel nostro caso) con il più piccolo errore possibile; la differenza tra valore stimato e valore misurato, detta errore sperimentale di stima, deve essere il più possibile prossima a zero. Il grid ottenuto con Surfer è stato rielaborato e proiettato con ArcMap sulla base cartografica della zona di indagine e dei punti di monitoraggio; in base alla scala di conducibilità elettrica scelta e riportata in legenda, sono state rappresentate le diverse aree.

Nelle due carte conducimetriche, relative alle due campagne di analisi, le linee di isoconducibilità si riferiscono alle acque sotterranee, mentre per i piezometri superficiali (S1, S2, S3 e D7) e i corsi d’acqua (Fiume Arno e Canale Scolmatore) sono stati riportati punti di grandezza proporzionale ai valori in essi registrati. Questi ultimi non sono stati considerati nell’elaborazione delle isolinee poiché, risultando marcatamente maggiori di quelli delle acque di falda, avrebbero fortemente condizionato l’interpolazione tra i vari punti sperimentali.

La prima carta che si riporta (Fig. 8.2.1a) è relativa ai valori di conducibilità misurati nella campagna di Settembre 2013, la seconda (Fig. 8.2.1b) è relativa ai valori misurati nella campagna di Febbraio 2014.

Fig. 8.2.1a - Carta della conducibilità elettrica nel primo acquifero confinato in ghiaie in μS/cm a 25 °C (Settembre 2013).

La carta della conducibilità relativa ai dati della campagna di Settembre 2013 del primo acquifero confinato in ghiaie è riportata in Fig. 8.2.1a; su questa carta sono riportati anche i valori puntuali dell’acquifero superficiale, monitorato nella zona di San Piero a Grado con i piezometri (S1, S2, S3 e D7), e i valori del Fiume Arno, analizzato all’altezza del Ponte del Cep (A3), e del Canale Scolmatore (A4), analizzato quasi in prossimità della foce. Tali valori servono a verificare se avviene contaminazione dell’acquifero freatico da parte dell’acqua del Fiume Arno nei piezometri S1, S2 e S3; mentre il piezometro D7 intercetta un acquifero sabbioso intermedio, semi-confinato, tra quello superficiale in sabbie e il primo acquifero confinato in ghiaie, serve perciò a valutare se i due acquiferi sono in comunicazione. Partendo dall’acquifero superficiale notiamo che tutti e tre i piezometri superficiali (S1, S2 e S3) hanno valori di conducibilità elettrica molto elevati. Questi valori così elevati di conducibilità elettrica stanno ad indicare una forte contaminazione dell’acquifero freatico da parte dell’acqua di mare e, vista la

loro ubicazione in prossimità dell’Arno (il cui campione presenta un valore di conducibilità molto alto), risultano attribuibili alla presenza di acqua di mare che risale lungo il letto del fiume e va a contaminare le falde circostanti (La Ruffa & Panichi, 2000). Il valore di conducibilità elettrica più elevato si trova nel piezometro S3 dove si raggiungono 42.800 μS/cm; anche il piezometro S1 presenta un valore piuttosto alto, pari a 38.000 μS/cm. Nel piezometro S2 invece, posto a circa 750 m dal Fiume Arno, la conducibilità risulta inferiore rispetto agli altri due piezometri. Questo potrebbe indicare quindi che, la stessa contaminazione dell’acquifero freatico da parte dell’acqua del Fiume Arno nei piezometri S1 e S3 (i quali si trovano direttamente in golena d’Arno), avvenga in maniera meno consistente nel piezometro S2. Nel piezometro D7 viene registrato un valore intorno a 1.800 μS/cm ma bisogna ricordare che questo piezometro monitora un acquifero intermedio tra l’acquifero superficiale e quello profondo in ghiaie. Il Fiume Arno (A3) ha CE pari a 35.900 μS/cm mentre il Canale Scolmatore (A4) ha 42.400 μS/cm di conducibilità elettrica; considerando la posizione del punto di monitoraggio è normale che il Canale abbia valori così alti. Per ciò che concerne l’acquifero in ghiaie, si nota in una prima visione d’insieme che la zona di massima conducibilità elettrica misurata è situata nella zona di Tirrenia, con valori superiori a 8.000 μS/cm (P11); tale situazione può essere spiegata considerando la depressione piezometrica che caratterizza la zona (vedi Fig 8.1.1a), in quanto risulta molto vicina alla costa e questo potrebbe favorire un forte richiamo di acqua di mare. Si può osservare che la conducibilità elettrica varia gradualmente da sud verso nord, con valori che inizialmente superano i 5.000 μS/cm in corrispondenza di Calambrone (P16 e P17) e parte della Tenuta di Tombolo (P28) e poi diminuiscono andando verso Pisa. Un comportamento diverso può essere evidenziato in prossimità dei punti P2 e P3: in entrambi i casi sono stati misurati valori maggiori rispetto al contorno, in particolare per il pozzo P2 tali valori potrebbero essere dovuti al mixing con le acque di infiltrazione provenienti dall’acquifero superficiale. Durante la campagna di Settembre 2013 sono stati prelevati campioni d’acqua per le analisi di laboratorio; i risultati sono riportati nel capitolo relativo alle analisi delle acque.

Fig. 8.2.1b - Carta della conducibilità elettrica nel primo acquifero confinato in ghiaie in μS/cm a 25 °C (Febbraio 2014)

In Fig. 8.2.1b è riportata la carta della conducibilità elettrica di Febbraio 2014; i valori registrati per l’acquifero freatico sono minori rispetto a quelli della campagna precedente (Settembre 2013); queste variazioni dei valori di CE sono riconducibili ad una combinazione tra gli effetti delle piogge particolarmente abbondanti nel Gennaio 2014 e nei giorni precedenti al campionamento e la significativa riduzione degli emungimenti durante lo stesso periodo. Nei piezometri superficiali S1 e S3 sono stati misurati valori di CE rispettivamente pari a 18.400 e 805 μS/cm nel Febbraio 2014 mentre in precedenza erano rispettivamente pari a 38.000 e 42.800 μS/cm. Anche i valori di conducibilità elettrica del Fiume Arno (35.900 μS/cm nel Settembre 2013; 502 μS/cm nel Febbraio 2014) e del Canale Scolmatore (42.400 μS/cm nel Settembre 2013; 860 μS/cm nel Febbraio 2014) si sono abbassati di molto rispetto alla campagna precedente. Trattandosi di acque superficiali hanno subito queste variazioni più facilmente rispetto alle acque di falda, in quanto sono sottoposte alle variazioni di portata dei corsi d’acqua che confluiscono in essi e ai processi di mescolamenti dovuti a precipitazioni o apporti da fluidi

di origine antropica e non. Andando ad analizzare l’acquifero confinato in ghiaie, anche in questo caso dalla carta possiamo notare che la conducibilità elettrica diminuisce gradualmente dal tratto compreso tra Tombolo e Calambrone (pozzi P8 e P9, piezometri D5 e D6) salendo verso Pisa; nella zona compresa tra Tombolo e Calambrone si sono registrati valori di conducibilità elettrica intorno ai 5.000 μS/cm. Tali punti presentano valori maggiori rispetto alla campagna precedente e in particolare i piezometri D5 e D6 presentano rispettivamente valori pari a 4.480 μS/cm e 4.920 μS/cm nel Febbraio 2014, mentre nel Settembre 2013 per il D5 e il D6 si erano registrati rispettivamente 2.936 μS/cm e 3.250 μS/cm; tali valori potrebbero essere dovuti ad errori da parte della strumentazione. In corrispondenza del pozzo P2, situato vicino al Fiume Arno, sono stati registrati valori di CE più alti rispetto al contorno; tali valori possono essere spiegati considerando sia la depressione piezometrica che caratterizza la zona (vedi Fig. 8.1.1b), sia lo spessore dello strato di argilla-limosa (vedi sezioni stratigrafiche nel lavoro di Tesi di Cignoni, 2012), che separa l’acquifero superficiale in sabbia da quello profondo in ghiaia. In base alla stratigrafia, che mostra un ridotto spessore dello strato a minor permeabilità, e alla depressione piezometrica possiamo supporre che i valori elevati di CE siano dovuti a fenomeni di mixing con acqua di mare, come nel caso della campagna di Settembre 2013; la supposizione è in parte confermata dal precedente studio di Butteri et al. (2010) nella medesima area.

Dal confronto delle due carte di conducibilità realizzate, una per ogni campagna di acquisizione dati (Settembre 2013 e Febbraio 2014), si notano grosse variazioni in funzione del diverso periodo di campionamento, delle piogge e degli emungimenti; i valori di CE più elevati sono stati misurati nelle zone di Tirrenia, Calambrone e all’interno della Tenuta di Tombolo. In queste aree si registrano valori di conducibilità elettrica prossimi ai 5.000 μS/cm e questo è probabilmente dovuto al mixing con acqua di mare proveniente dalla zona costiera di Calambrone e che arriva fino alla Tenuta di Tombolo. In base all’andamento della piezometria e dei valori di CE sembra si tratti di intrusione marina, ma per la conferma sono necessari i risultati delle analisi chimiche ed isotopiche dei campioni d’acqua raccolti nella campagna di Settembre 2013; nel capitolo 9 vengono riportati prima i risultati delle analisi chimiche dei campioni della campagna di Settembre 2013 e successivamente i risultati delle analisi isotopiche dei campioni raccolti nella campagna di Giugno 2013. Da Calambrone verso Marina di Pisa si evidenzia un miglioramento delle condizioni dell’acquifero confinato in ghiaie con valori di CE che diminuiscono da oltre 5.000 μS/cm a valori inferiori ai 3.000 μS/cm. Anche dalla Tenuta di Tombolo verso Pisa si ha un netto miglioramento delle condizioni dell’acquifero e i valori di CE scendono al di sotto di 2000 μS/cm. Un peggioramento delle condizioni dell’acquifero è messo

in evidenza in corrispondenza dei pozzi P2 e P3, che si trovano nell’area di San Piero a Grado. Proprio il pozzo P2 ha un comportamento anomalo: mentre tutti i pozzi nelle immediate vicinanze hanno valori inferiori ai 2.000 μS/cm, il P2 ha valori prossimi ai 3.000 μS/cm; tale valore è verosimilmente dovuto al mixing con acque differenti da quelle che circolano nell’acquifero confinato in ghiaie e non si tratta di acqua marina proveniente dalla costa perché i pozzi ubicati tra l’area di San Piero a Grado e la zona costiera di Marina di Pisa (P5, P6, P19 e P20) hanno valori di CE molto bassi. Nella medesima zona sono ubicati i piezometri superficiali (S1, S2 e S3) e i dati puntuali, relativi ai valori di CE, mostrano che l’acquifero superficiale ha un elevato contenuto in sali, paragonabile a quello dell’acqua di mare. Grazie alla realizzazione di questi piezometri, e anche del piezometro D7 posto nelle vicinanze, è stato possibile definire con maggior dettaglio la stratigrafia della zona, andando ad evidenziare il ridotto spessore dell’acquiclude argilloso-limoso che separa l’acquifero superficiale in sabbie da quello profondo in ghiaia. In base alla depressione piezometrica che caratterizza la zona, al ridotto spessore dell’acquiclude e all’elevata salinità dell’acquifero superficiale in sabbia è possibile ipotizzare che nella zona, e in particolare in corrispondenza del pozzo P2, avvenga un mixing tra l’acqua circolante nel primo acquifero confinato in ghiaie e l’acqua d’infiltrazione dal sovrastante acquifero superficiale. Anche in questo caso, per le conferme è necessario far riferimento ai risultati delle analisi chimiche e isotopiche dei campioni che si riportano nel capitolo successivo.

Passiamo ora a confrontare le due carte di conducibilità realizzate con quelle relative alle campagne di acquisizione dati di Febbraio e Giugno 2013 (Neri, 2014), riportate nelle Fig. 8.2.1c e 8.2.1d. I valori di CE più elevati sono stati misurati in corrispondenza dei pozzi P17, situato nella zona costiera di Calambrone, e P28, ubicato all’interno della Tenuta di Tombolo; per entrambi i pozzi si superano i 5.000 μS/cm; Gli stessi valori si registrano anche per la campagna di Settembre 2013, mentre nella campagna di Febbraio 2014 si verifica una diminuzione dei valori di conducibilità elettrica, legata alle abbondanti piogge di quel periodo. Come già visto per le carte di Settembre 2013 e Febbraio 2014, anche nelle carte riportate da Neri (2014) si evidenzia, andando da Calambrone verso Marina di Pisa, un miglioramento delle condizioni dell’acquifero confinato in ghiaie, con valori di CE che diminuiscono da oltre 5.000 μS/cm a meno di 2.000 μS/cm; anche dal pozzo P28 verso Pisa si ha un netto miglioramento delle condizioni dell’acquifero e i valori di CE scendono al di sotto di 1.500 μS/cm. Un peggioramento delle condizioni dell’acquifero è messo in evidenza in corrispondenza dei pozzi P4 e P34 che si trovano a sud di San Piero a Grado e in corrispondenza del pozzo P2, ubicato entro l’area di San Piero a Grado. Anche in questo caso il pozzo P2 ha un comportamento

anomalo perché, mentre tutti i pozzi nelle immediate vicinanze hanno valori inferiori ai 1.500 μS/cm, il P2 ha valori superiori a 3.600 μS/cm. Tutti e tre i piezometri superficiali (S1, S2 e S3) hanno un elevato valore di CE paragonabile a quello dell’acqua di mare. La conducibilità elettrica risulta essere variata in maniera apprezzabile nei piezometri superficiali S1 e S3 nel Febbraio 2014 rispetto al Febbraio dell’anno precedente: nel piezometro S1 si è verificata una diminuzione di circa 10.000 μS/cm (28.200 μS/cm nel 2013; 18.400 nel 2014) e il piezometro S3 ha subito una diminuzione di oltre 6.000 μS/cm (6.960 nel 2013; 805 μS/cm nel 2014). Tali piezometri, ubicati in prossimità dell’Arno, mostrano che l’acquifero freatico risulta alimentato dall’acqua (dolce e salata) del Fiume Arno; variazioni così accentuate dei valori di CE sono dovute agli intensi eventi meteorici che si sono verificati in quel periodo e che hanno contribuito a dar luogo alle ultime piene dell’Arno, rispettivamente 30-31 Gennaio e 10-11 Febbraio 2014 (http://www.lamma.rete.toscana.it).

Fig. 8.2.1c - Carta della conducibilità elettrica nel primo acquifero confinato in ghiaie in μS/cm a 25°C, Febbraio 2013 (Neri, 2014).

Fig. 8.2.1d - Carta della conducibilità elettrica nel primo acquifero confinato in ghiaie in μS/cm a 25°C, Giugno 2013 (Neri, 2014).

Per fare un confronto, andando a verificare se sono avvenuti cambiamenti sostanziali nel tempo riguardo la conducibilità elettrica nell’acquifero profondo, è stata riportata la carta di Butteri et al. (2010) relativa ai dati piezometrici e di conducibilità elettrica (CE in μS/cm a 25 °C) delle campagne di Giugno e Agosto 2008 e Aprile 2009 nella stessa area di studio (Fig. 8.2.1e).

Considerando tutti i dati raccolti, nell’area di S. Piero a Grado e quella compresa tra Tombolo e Calambrone il livello piezometrico è particolarmente depresso sotto il livello del mare. D’altra parte, in queste aree sono presenti le principali aziende agricole. Nei pozzi ubicati all’interno di queste aree sono stati registrati i valori più alti di conducibilità elettrica (7000 e 6460 μS/cm, rispettivamente nei pozzi P3 e P9 in Agosto 2008). Possiamo osservare in generale alti valori di CE (frequentemente superiori ai 3000 μS/cm) in tutti i pozzi situati sulla fascia costiera compresa tra Marina di Pisa e Calambrone, con una tendenza ad aumentare verso sud; è da supporre che avvenga un richiamo di acqua marina e, di conseguenza, un mixing. Nella zona di San Piero a Grado è evidenziata un’altra area con elevati valori di CE, leggermente inferiori a quelli di Calambrone; in questo caso però il mixing riguarda le acque d’infiltrazione provenienti dall’acquifero superficiale in sabbia a causa del gradiente piezometrico e del ridotto spessore dell’acquiclude argilloso-limoso che separa l’acquifero superficiale da quello profondo in ghiaia. A conferma di questa teoria possiamo considerare i punti situati tra la zona predetta e il mare (P5, P6, P19 e P20); se avvenisse un’intrusione marina direttamente dal mare tutti questi punti dovrebbero essere caratterizzati da valori di CE più elevati. Come riportato nel lavoro di Butteri et al. (2010), la connessione tra i due acquiferi potrebbe essere dovuta anche ad un non perfetto condizionamento del pozzo in questione. Con l’eccezione dei punti P2, P3 e P4 (nella zona di S. Piero a Grado), quasi tutti i campioni d’acqua prelevati dalle zone interne sono caratterizzati da una bassa conducibilità elettrica, spesso minore di 2000 μS/cm. Da Giugno 2008 ad Aprile 2009 possiamo osservare significative variazioni di CE solo in corrispondenza dei pozzi P3 e P9, con valori più elevati in Agosto 2008, corrispondenti all’abbassamento del livello piezometrico. Il valore più elevato di CE (18500 μS/cm) è stato registrato per il Fiume Arno vicino al fondo del letto (-4 m dalla superficie dell’acqua). Questo è chiaramente attribuibile all’acqua di mare che si spinge verso l’entroterra per numerosi chilometri, come documentato per questa area da vari autori (La Ruffa & Panichi, 2000; Cortecci et alii, 2002).

Figura 8.2.1e - Dati piezometrici (m) e di conducibilità elettrica (μS/cm a 25°C) di Giugno 2008, Agosto 2008 e Aprile 2009. (da Butteri e al. 2010).

Alla luce dei risultati ottenuti, possiamo quindi identificare in base alla conducibilità elettrica riscontrata, la qualità delle acque campionate: considerando che i limiti di legge previsti dal

D.Lgs. 31/2001 sono 2.500 μS/cm, possiamo dire che le acque campionate nella maggior parte dei pozzi risultano contaminate e già oltre il limite delle acque potabili, in particolare quelle relative all’acquifero freatico.

Si può quindi ipotizzare che il responsabile di tali risultati possa essere l’avanzare del cuneo salino dalla costa verso l’entroterra. È tuttavia evidente che parlando di “intrusione marina”, bisogna distinguere le modalità diverse con cui questa può avvenire all’interno dell’area di studio. Infatti per i pozzi ubicati lungo costa è possibile sostenere che tale processo si sviluppi per richiamo diretto di acqua di mare all’interno dell’acquifero in ghiaia, da dove quest’ultimo incontra il fondo marino. Nel caso di pozzi della zona di S. Piero a Grado è invece possibile un coinvolgimento nel mixing, oltre che di acqua di mare e di acque dell’acquifero in ghiaia, anche di acque o del Fiume Arno o dell’acquifero in sabbia che in questa zona risulta collegato con la superficie. Quanto si verifica in questa zona è principalmente ascrivibile al fatto che i due acquiferi (sabbioso e ghiaioso) possono risultare in connessione idraulica per la mancanza o la riduzione di spessore dell’acquiclude che in altre zone li separa, oppure è possibile che la connessione idraulica tra i due sia favorita anche dalle caratteristiche tecniche dei pozzi profondi che insistono sull’area in esame ed in particolare ad una loro captazione di entrambi i livelli acquiferi (Butteri et al. 2009).