(Viareggio, Toscana)
Marco Doveri
1, Roberto Giannecchini
2, Gianluca Giusti
3, Matteo Butteri
31Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto di Geoscienze e Georisorse, Pisa, doveri@igg.cnr.it
2Dipartimento di Scienze della Terra - Università di Pisa, rgiannecchini@dst.unipi.it
3Collaboratore esterno, giustigianluca@tele2.it, butteriit@yahoo.it
Hydrogeological-geochemical study of the phreatic aquifer in the area between Burlamacca Canal and Bufalina Ditch (Viareggio, Tuscany).
ABSTRACT: The study area is located in the coastal plain between the Burlamacca Canal and Bufalina Ditch (South of Viareggio, Northern Tuscany) and is bounded by the topographically depressed zones of the Massaciuccoli Lake to the East. Due to its peculiar physiographic, hydrogeological and anthropic features, this territory well represents a case study of the natural and human factors combination in the enhancing of the groundwater degradation caused by seawater intrusion. The hydrogeological-hydrogeochemical interdisciplinary approach of this study allowed to define the hy-drostructural, piezometric and hydrochemical-isotopic characteristics of the phreatic aquifer as well as to assess the rela-tionship between groundwater and superficial water and their seawater contamination. The hydrostratigraphic study let us to individuate a phreatic aquifer, 20-40 thick, characterized by sandy and sandy-silty deposits. A continuous clayey horizon is present beneath the last, acting as impermeable bedrock. Both in the low stage (October 2005) and in the high stage (May 2006), the piezometric surface shows two areas characterized by values under the sea level (along the coast-line in the southern portion and close to the artificial lakes). As confirmed by chemical and isotopic data, such situations, linked to a over-exploitation of the water resource (mainly farms and bathing establishments), cause favorable condi-tions to drain seawater in aquifer. The surveys let us to assume an interpretative model of the preferential path of the seawater in the phreatic aquifer. The seawater intrusion in aquifer occurs by means both of advancing from the coastline of the seawater-fresh water interface, and of water drainage from the artificial canals system. In this case, the seawater may reach the lakes through the Burlamacca Canal.
Key terms: Hydrogeology, Hydrochemistry, Water isotopes, Water table morphology, Seawater intrusion, Human im-pact, Northern Tuscany
Termini chiave: Idrogeologia, Idrochimica, Isotopi dell’acqua, Superficie freatica, Intrusione marina, Impatto antropico, Toscana settentrionale
Riassunto
La fascia costiera versiliese in studio è compresa tra la linea di riva, ad Ovest, i canali Burlamacca e Bufalina, rispettivamente a Nord e a Sud, ed il comprensorio di bo-nifica del Lago di Massaciuccoli, ad Est, dove il piano campagna risulta depresso sotto il livello del mare. Nella parte orientale, oltre al Lago di Massaciuccoli ed al suo emissario (Fosso Le Quindici), è presente una serie di la-ghi artificiali collegati al mare attraverso il Canale Bur-lamacca. Questo territorio, in funzione delle sue peculiari caratteristiche fisiografiche, idrologiche, idrogeologiche ed antropiche, costituisce un esemplare caso di studio di come fattori naturali possano combinarsi, direttamente e/o indirettamente, con quelli antropici nell’esaltare i ri-schi di degrado delle risorse idriche sotterranee per effet-to del fenomeno dell’intrusione marina.
L’approccio interdisciplinare idrogeologico-idrogeo-chimico, sul quale il presente studio si è basato, ha per-messo di definire le caratteristiche idrostrutturali ed idro-chimico-isotopiche dell’acquifero freatico nella zona in esame, nonché di valutare i rapporti tra le acque superfi-ciali e quelle sotterranee ed il loro interessamento da par-te dell’ingressione marina.
Lo studio idrostratigrafico ha permesso di individuare un acquifero freatico che si sviluppa in terreni sabbiosi e sabbioso-limosi di origine marino-transizionale ed eolica, di spessore variabile tra 20 e 40 metri; al di sotto di questi terreni permeabili è presente un livello continuo di argil-le, che svolge il ruolo di substrato impermeabile.
Sia nella situazione di magra (ottobre 2005) che in quella di morbida (maggio 2006), la superficie piezotrica mostra due zone, una lungo la costa nella parte
me-ridionale ed una nella parte interna a ridosso del sistema dei laghi, con livelli inferiori a quello del mare. Come confermato dai dati chimici ed isotopici, queste situazioni di minimo piezometrico, dovute ad un sovrasfruttamento della risorsa idrica (principalmente aziende florovivaisti-che e stabilimenti balneari), determinano condizioni favo-revoli ad un richiamo di acqua di mare in acquifero.
Le indagini hanno permesso di ipotizzare un modello interpretativo delle vie preferenziali di salinizzazione del-la falda freatica. In particodel-lare, si evidenzia come l’intrusione marina in acquifero avvenga sia per avanza-mento dell’interfaccia acqua dolce-acqua salata dalla li-nea di riva, sia per richiamo di acque dal sistema dei laghi artificiali, nel quale l’acqua di mare risale attraverso il Canale Burlamacca.
Introduzione
Le pianure costiere costituiscono aree preferenziali di in-sediamento urbano, industriale ed agricolo, in ragione della facilità di accesso e trasporto, della ricchezza di ac-qua e della fertilità dei terreni. Più di 150 milioni di per-sone al mondo vivono al di sotto della quota di 1 m s.l.m. e 250 milioni al di sotto dei 5 m s.l.m. (UNESCO, 2007). La vocazione turistica che in molti casi contraddistingue queste aree determina inoltre un significativo aumento stagionale della popolazione.
Si tratta quindi di aree soggette ad una forte pressione antropica, la quale spesso conduce ad un deterioramento delle matrici ambientali, tra cui quella idrica. Gli episodi d’inquinamento, così come il sovrasfruttamento delle fal-de acquifere, fal-determinano una progressiva fal-degradazione qualitativa e quantitativa dei corpi idrici. Uno degli effetti più ricorrenti è l’alterazione dell’equilibrio naturale tra acque dolci ed acqua di mare, con conseguente avanza-mento del cuneo salino in acquifero. Studi recenti (Eri-cson et alii, 2006) mostrano peraltro come in diverse aree costiere del mondo questo processo possa accentuarsi a causa dell’innalzamento relativo del livello medio marino (fino a 12,5 mm/anno), principalmente causato dai feno-meni di subsidenza e dalle naturali variazioni eustatiche, ma anche da diminuzioni degli apporti solidi dai fiumi, come evidenziato da Walling & Fang (2003).
Su molte aree costiere italiane è presente la problema-tica dell’intrusione marina (Barrocu, 2003) ed anche in Toscana sono state evidenziate situazioni di criticità lega-te alla salinizzazione delle falde (Rossi & Spandre, 1994; Barazzuoli et alii, 1999; Giménez et alii, 2001; Pranzini, 2002; Grassi et alii, 2007), che in alcuni casi contribui-scono alla mobilizzazione di metalli pesanti dai sedimenti (Grassi & Netti, 2000). La conduzione di studi finalizzati a definire quadri conoscitivi di dettaglio, su cui basarsi in termini di pianificazione della gestione della risorsa idri-ca, risulta sempre più necessaria per far fronte agli aspetti sopra delineati.
Con il presente studio, che si inserisce in un progetto
esteso a tutta la fascia costiera versiliese-pisana, corri-spondente al territorio del Parco Regionale Migliarino-S. Rossore-Massaciuccoli, viene analizzato in particolar modo il fenomeno dell’intrusione marina nell’acquifero freatico situato nella zona di Viareggio, tra il Canale Bur-lamacca e il Fosso della Bufalina (Figura 1). Questa zona, di estensione pari a circa 30 km2, è situata in un tratto di fascia costiera dove il sistema dunare risulta compreso tra la linea di riva e le zone depresse (fino sotto al livello del mare) appartenenti al Comprensorio di Bonifica del Lago di Massaciuccoli; essa risulta così delimitata, oltre che dal mare, da un sistema di canali artificiali di bonifica, che sono in collegamento diretto (Canale Burlamacca e Fosso della Bufalina) o indiretto (Fosso Le Quindici) con il mare stesso. Il Fosso Le Quindici è inoltre affiancato da una serie di laghi artificiali (cave di sabbie silicee di-smesse) il cui fondo si trova assai al di sotto del livello del mare. Il Canale Burlamacca, che riceve anche le ac-que della Gora di Stiava, e il Fosso della Bufalina (realiz-zato nel 1704) sono emissari regolatori del livello idrico del lago; recente è l’inaugurazione in quest’ultimo di un sistema di idrovore con finalità di mitigazione del rischio idraulico (abbassa il livello del lago in caso di eccessive precipitazioni). Il Fosso Le Quindici ha una direzione delle acque verso NW, confluendo nel Canale Burlamac-ca (Figura 1); alla confluenza è presente un debole salto morfologico, che impedisce l’ingresso delle acque di quest’ultimo nel Fosso Le Quindici. Nei mesi estivi, in questi canali vengono effettuati anche prelievi per scopi irrigui.
E’ da mettere inoltre in evidenza, per le sue implica-zioni piezometriche, che, nella fascia adiacente ai laghi artificiali e al Comprensorio di Bonifica, il sistema duna-re è stato completamente antropizzato (riduzione delle quote e parziale impermeabilizzazione delle aree di ali-mentazione dell’acquifero freatico), con destinazione sia agricola-florovivaistica, sia urbana, con relativo impatto sulle risorse idriche; a ciò si aggiungono infine gli emun-gimenti concentrati nella zona litoranea di Marina di Tor-re del Lago, connessi all’attività degli stabilimenti balne-ari.
In definitiva, nella zona studiata si sovrappongono condizioni naturali e antropiche favorevoli al verificarsi dei fenomeni di intrusione marina, non solo attraverso la risalita dell’interfaccia acqua dolce/acqua salata lungo la linea di riva, ma anche per risalita di acque salmastre nei canali artificiali, a loro volta collegati con le cave di sab-bie silicee e con il Lago di Massaciuccoli.
Con gli studi svolti in passato in questa zona (Ferrari & Duchi, 1984; Duchi, 2002; Cavazza et alii, 2002; Ca-vazza, 2004) sono state essenzialmente monitorate le condizioni freatimetriche e di salinità delle acque. Il pre-sente lavoro si è basato viceversa su un approccio multi-disciplinare, idrogeologico-geochimico, ed ha consentito di definire le caratteristiche idrostratigrafiche, piezome-triche ed idrochimico-isotopiche del sistema acquifero
Figura 1 - Inquadramento geografico dell’area di studio.
Figure 1 - Location of the study area.
freatico. L’utilizzo degli isotopi ambientali ha in partico-lare costituito un valore aggiunto in termini conoscitivi.
Inquadramento strutturale
Gli acquiferi freatici della fascia costiera versiliese-pisana, corrispondenti nel loro insieme al sistema dunare litoraneo, fanno parte dello strato sommitale di un com-plesso apparato deposizionale, che costituisce il riempi-mento post-orogenico di una struttura a graben, denomi-nata Bacino Versiliese-Pisano, che si estende dalla foce del Fiume Magra ai dintorni di Pisa e Livorno (Mazzanti & Pasquinucci, 1983; Federici, 1993).
Tale struttura consiste in una depressione tettonica di forma sub-triangolare allungata, orientata NW-SE e de-limitata ad Est dalle Alpi Apuane, dai Monti d’Oltre Ser-chio e dai Monti Pisani, ad Ovest dalla dorsale di Viareg-gio, sommersa dal mare, ed a Sud dai Monti Livornesi e quelli di Casciana Terme. Questa depressione tettonica, il cui sprofondamento nella parte assiale e centrale (zona di Viareggio), iniziato nel Miocene sup., è valutato in circa 3.000 metri (Tongiorgi, 1978), è stata successivamente colmata da sedimenti detritici incoerenti di origine
mari-na, marino-transizionale e continentale, in quest’ultimo caso derivanti principalmente dai bacini dei fiumi Magra, Serchio ed Arno.
Durante il Pleistocene medio, il carico solido prove-niente dai corsi d’acqua, e quindi la costruzione delle pianure e dei litorali, sono stati fortemente influenzati dalle variazioni del livello marino, collegate con le vi-cende del glacialismo. Con la variazione negativa del Würm II, i depositi alluvionali del paleo-Serchio (a quel tempo confluente in Arno), danno origine ad un livello ciottoloso leggermente inclinato verso mare, posto ad una profondità circa compresa tra 40 e 60 metri sotto la piana di Pisa. Il ritiro del mare è seguito dal formarsi di notevo-li complessi di dune, ad oggi rintracciate nel sottosuolo di Viareggio e Pisa ed affioranti con le loro culminazioni in sinistra dell’Arno e tra Arno e Serchio. Dopo l’acme della glaciazione würmiana il livello del mare inizia a salire (trasgressione versiliana), senza tuttavia mai oltrepassare quello attuale (Mazzanti, 1983). La trasgressione versi-liana progredisce verso l’interno fino al II-I secolo a.C., dopodichè, sebbene il livello del mare continui lentamen-te e mediamenlentamen-te a salire, in tutto il litorale versiliese-pisano si verifica l’avanzamento delle spiagge (Mazzanti
& Pasquinucci, 1983). Questo fenomeno è determinato dall’aumento degli apporti solidi dei corsi d’acqua, ed in modo particolare dell’Arno, a sua volta favorito da alcune attività antropiche, come il notevole disboscamento e l’estensione delle pratiche agricole in seguito alla colo-nizzazione romana. I depositi fini (sabbie, limi e argille) portati dall’Arno, poiché facilmente trasportabili dalla deriva marina, liberano la linea di riva dalla stretta dipen-denza dal piede delle Alpi Apuane, dei Monti d’Oltre Serchio e dei Monti Pisani, nonché dai coni di deiezione agli sbocchi dei torrenti da essi discendenti.
Il meccanismo di accrescimento del litorale è avvenu-to attraverso la formazione di barre parallele che, inizial-mente sommerse, venivano col tempo ad emergere in lunghi lidi paralleli alla linea di riva, che separavano strette lagune interdunali o più ampi specchi d’acqua re-trodunali, che hanno permesso la deposizione di modesti livelli limosi con intercalazioni torbose. L’emersione dei lidi, favorendo l’accumulo delle sabbie trasportate dal vento, ha contribuito poi alla formazione di cordoni di dune e alla trasformazione delle lagune in paludi, con il conseguente ampliamento delle terre emerse. L’esempio più significativo di questo tipo di morfogenesi costiera è rappresentato dal complesso del Lago di Massaciuccoli e delle zone acquitrinose ad esso adiacenti, attualmente in buona parte drenate da canali artificiali.
L’evoluzione paleogeografica della pianura
versiliese-pisana ha in definitiva determinato la formazione di un apparato deposizionale composito, costituito da sedimenti alluvionali e palustri di varia granulometria (da ciottoli e ghiaie a limi con torbe e argille), da sedimenti eolici (es-senzialmente sabbie) e da sedimenti marini e marino-transizionali (sabbie, sabbie-limose, limi e limi argillosi), poggianti sul substrato roccioso pre-messiniano; nella parte sommatale di tale successione di depositi post-orogenici ha sede la struttura acquifera oggetto di questo studio.