6 - GLI ACQUIFERI FREATICI
Una lunga e complessa storia evolutiva, passata attraverso vari ambienti di sedimentazione, ha determinato, nella Pianura di Pisa, una spiccata eterogeneità per quel che riguarda il materiale depostosi nel tempo. Un ruolo fondamentale è stato svolto (in aggiunta alla subsidenza tettonica) dalle variazioni climatiche-idrologiche e dalle oscillazioni glacioeustatiche del livello marino durante il Quaternario.
Questa complessità litostratigrafica si manifesta con alternanza di strati a diversa granulometria, spesso discontinui e lenticolari; nel complesso è riscontrabile quindi una discontinuità, sia in orizzontale che in verticale, dei corpi acquiferi che ne derivano e degli acquicludi ed acquitardi che li separano.
Il livello più superficiale della fascia costiera della Pianura di Pisa, in particolare, si presenta fortemente eterogeneo in relazione alle numerose variazioni subite dal sistema idrografico nelle ultime migliaia di anni; in vaste aree di questa zona prevalgono in superficie terreni limoso-argillosi palustri e di colmata, rispettivamente di origine naturale o artificiale. Numerosi paleoalvei ed alvei di fiume abbandonati, in forme di corpi sabbiosi arcuati, sono presenti nelle aree più vicine all’attuale corso dell’Arno.
Gli acquiferi freatici sono caratterizzati dalla presenza di una superficie, dove la pressione dell’acqua è in equilibrio con la pressione atmosferica (Celico, 1986), che segna l’interfaccia tra il mezzo non saturo ed il mezzo saturo; possono presentare delle discontinue e sottili coperture meno permeabili che non interferiscono con la superficie freatica. La ricostruzione litostratigrafica del sottosuolo dei primi 15-20 m ha lo scopo di definire la geometria e le caratteristiche granulometriche degli acquiferi freatici, nonché i suoi rapporti con il fiume Arno. Nella zona di studio di questa tesi gli acquiferi freatici sono alimentati direttamente dalle precipitazioni ed in scambio idrico (di drenaggio o di ricarica) con il fiume Arno e con la rete idrica minore, situati prevalentemente nei depositi sabbioso-limosi (di origine alluvionale) e nei sedimenti sabbiosi (cordoni dunari costieri e delle dune antiche). Sono inseriti nel Sistema Acquifero Freatico (Saf) localizzato nella Pianura Pisana e, pur non essendo sfruttati a scopo idropotabile o industriale, assumono un’importanza rilevante nella valutazione delle risorse idriche a disposizione della comunità. Il Saf costituisca un sottositema del più complesso Sistema Acquifero della Pianura Pisana (Sap).
6.1 - Carta della permeabilità
Per una definizione delle condizioni idrogeologiche di superficie, le formazioni geologiche affioranti nell’area di cui si tratta a cavallo del Fiume Arno sono state classificate secondo il loro grado relativo di permeabilità primaria; ne sono risultate le unità idrogeologiche, suddivise in acquiferi e acquitardi, riportate in legenda della carta della permeabilità di figura 6.1.
In mancanza di dati sui coefficienti di permeabilità calcolati con prove di pompaggio, tale classificazione idrogeologica è basata infatti su una valutazione puramente qualitativa, derivante dalle caratteristiche granulometriche dei vari terreni, legate al loro volta alla loro genesi.
Per acquifero si intende una unità litologica o parte di essa che permette il “deflusso, l’immagazzinamento ed il recapito di acque sotterranee” (Celico, 1986); le litologie considerate acquifere tra quelle presenti sono: le sabbie, le sabbie limose ed i limi sabbiosi. Per acquitardo si intende una unità litologica, poco permeabile, ma capace di cedere o drenare quantità anche apprezzabili di acqua sotterranea in o da acquiferi adiacenti; nell’elaborato sono considerati acquitardi i limi argillosi e i limi sabbiosi. Vengono invece considerati acquicludi (non presenti in affioramento nella carta della permeabilità) quelle unità litologiche che possono saturarsi ma non possono trasmettere acqua se non in quantità minime.
I depositi eolici delle dune e dei lidi litoranei, costituiti da sabbie medio-fini, ed i depositi di spiaggia attuale, costituiti da sabbie fini, sono stati classificati come acquiferi con un grado di permeabilità medio. Nelle sabbie di duna possono essere presenti dei livelli limosi e torbosi che ne riducono localmente la permeabilità; per esse è disponibile anche un valore del coefficiente di permeabilità (K = 10-4-10-5 m/s) tratto dal lavoro di una precedente Tesi di Laurea (Giannitti, 1998).
I depositi sabbiosi riconducibili alla presenza di alvei di fiume abbandonati e i depositi delle Sabbie e Limi di Vicarello (questi ultimi affioranti al di fuori dell’area di studio) sono stati classificati come acquiferi con un grado di permeabilità da medio a medio-basso.
I depositi alluvionali di esondazione, costituiti da sabbie limose, sono dotati di permeabilità primaria di grado medio-basso.
I depositi fluvio-palustri di interduna, retroduna e di colmata, consistono in limi argillosi, con sporadica presenza di frazioni sabbiose fini o di lenti sabbiose-torbose, che ne possono aumentarne localmente il grado di permeabilità; anche per essi, comunque considerati
acquitardi, riportiamo il coefficiente di permeabilità (K dell’ordine di 10-6-10-7 m/s), dalla suddetta Tesi di Laurea.
6.2 - Ricostruzione idrostratigrafica
Gli acquiferi freatici, che hanno sede nei depositi sabbiosi delle dune costiere oloceniche,
verso l’interno della pianura, sono in collegamento idraulico (vedi sez.1, fig. 6.3), nel
sottosuolo, con il “Primo acquifero confinato in sabbie”.
Fig. 6.3 – Sezione litostratigrafica 1 (modificata da Baldacci et al, 1998).
In affioramento (riferiti alla carta della permeabilità della precedente fig. 6.1), i depositi sabbiosi dei cordoni dunari sono intercalati con quelli limo-argillosi e torbosi delle lame interdunari; questi ultimi non costituiscono comunque una copertura impermeabile continua e quindi non ne risultano modificate le caratteristiche idrodinamiche dell’acquifero freatico considerato.
Fig. 6.2 – Ubicazione delle sezioni.
Per l’illustrazione descrizione dell’assetto idrostratigrafico dell’intera area di studio, si è fatto riferimento alle relative sezioni tratte dalla Tesi di laurea di Vieri (1996), la cui ubicazione è in figg. 6.1 e 6.2.
Le sezioni N. 2, 3, e 4 (fig. 6.4) sono state realizzate attraverso lo studio delle litostratigrafie dei sondaggi disponibili nella banca dati della Provincia di Pisa.
Nella sezione N. 2 sono evidenziati gli alvei abbandonati dell’Arno, nell’area adiacente a questi ultimi la continuità dell’acquifero freatico sembra essere interrotta dal substrato argilloso, situazione non registrata dalla sezione N. 1 poiché ubicata più a nord.
La sezione N. 3 situata più a sud rispetto alle precedenti mostra una geometria del substrato argilloso più uniforme ed omogenea.
La sezione N. 4 taglia trasversalmente la N. 2 e la N. 3 e mostra la possibilità che la falda di subalveo del fiume Arno sia in collegamento idraulico con le sabbie dell’acquifero freatico in sponda destra e sinistra.
Nelle sezioni N. 2, 3, e 4 sono presenti sottili livelli di limi da sabbiosi ad argillosi di interduna e retroduna (acquitardi) ricoprono localmente le sabbie dell’acquifero freatico; viene evidenziata inoltre l’area di infiltrazione delle acque meteoriche nelle sabbie delle dune, come fonte di ricarica diretta di tale acquifero
* * *
Abbiamo infine ritenuto utile riportare alcune sezioni idrostratigrafiche (vedi fig. 6.5), tratte da Pierotti, 1987 e Tessitore 1997, per quanto esse siano situate al di fuori dell’area di studio, al fine di confrontarle con i quasi assenti dati stratigrafici disponibili per la Zona A e di fornire ulteriori elementi per la definizione dei rapporti fiume /falda sulla sponda destra del tratto terminale dell’Arno.
- La sezione A è orientata longitudinalmente al fiume e permette la ricostruzione del sottosuolo, in località Le Lenze, fino ad una profondità di 25 m dal p.c.. Si individua, a partire dal lato SE della sezione, uno strato superficiale continuo di sabbie limose con profondità media di 4 m dal p.c.; questo deposito, che è sede dell’acquifero freatico, a NW nella parte estrema della sezione, viene per un breve tratto sormontato da due lenti impermeabili costituite da argille sabbiose e argille limose (Tessitore, 1997).
In questo tratto di sezione, qualora il livello di falda oscillasse tra le condizioni freatiche e quelle confinate, le sabbie costituirebbero un acquifero semiconfinato. La parte sottostante della sezione è costituita da uno strato argilloso di spessore rilevante che aumenta verso destra (NO) della sezione (massimo di 20 m). Nella parte più bassa della sezione si osserva uno strato sabbioso che tende ad elevarsi verso il lato SE della sezione, fino ad emergere in superficie, in corrispondenza di un cordone dunare del sistema costiero dei lidi e delle dune
Fig. 6.5 – Sezioni litostratigrafiche A, B, C, D (modificate da Pierotti 1997 e Tessitore, 1997).
- La sezione B è tracciata trasversalmente al fiume, da località La Scaletta a località il Podere di Mezzo. In riva sinistra dell’Arno la sezione (lato S) è costituita, per sua gran parte, da un deposito sabbioso, che fa parte del sistema olocenico di lidi e dune. Tale deposito, avvicinandosi al corso del fiume, tende ad approfondirsi (fino a circa 8 m dal p.c.), venendo in contatto sia con le sabbie di subalveo dell’Arno, sia con le sabbie del primo acquifero artesiano in sabbia (Tessitore, 1997). Anche le sabbie dell’acquifero profondo sono in contatto con le sabbie di subalveo; queste sono segnalate fino ad una profondità di 16 m dal fondo del fiume e la loro presenza è, probabilmente, il risultato di un processo di aggradazione del fiume stesso avvenuto all’incirca negli ultimi 700 anni. Questo processo è iniziato dopo il taglio (avvenuto nel 1338) dei meandri di S. Rossore e La Vettola, operato per rettificare il corso del fiume (Tessitore, 1997). Nel tratto di sezione in cui il cordone sabbioso superficiale si approfondisce, esso viene sormontato da depositi di esondazione dell’Arno costituiti da materiale argilloso. In riva destra la parte superficiale della sezione è costituita da un orizzonte continuo di sabbia e sabbia limosa in contatto con le sabbie dell’Arno. Uno strato argilloso con spessore massimo di 16 m separa lo strato superficiale dall’acquifero artesiano in sabbia (Tessitore, 1997). Le sabbie e le sabbie limose di superficie sono sede di un acquifero freatico e costituiscono, in corrispondenza della fascia costiera di dune e di lidi, un’area di alimentazione (con falda a pelo libero) del suddetto acquifero “artesiano”. Inoltre la ricostruzione stratigrafica descritta prefigura un probabile collegamento tra la falda freatica di subalveo e quella confinata.
- La sezione C è stata tracciata trasversalmente al fiume Arno, da località le Lenze a località Luicchio. Nella parte superiore della sezione è da segnalare un orizzonte continuo di sabbie limose in diretto contatto con le sabbie dell’alveo fluviale (non distinte in sezione). Le sabbie limose, lungo l’intera sezione, costituiscono un acquifero freatico continuo. Al di sotto dello strato superficiale di tali sabbie è presente un deposito argilloso di notevole spessore (massimo di circa 24 m). Tale strato separa, per gran parte della sezione, l’acquifero freatico superficiale da un livello sabbioso più profondo sede del primo acquifero artesiano in sabbia, il cui tetto raggiunge in profondità massima di circa 30 m dal p.c..
- La sezione D, anch’essa trasversale rispetto all’Arno, è tracciata a valle della città di Pisa e delinea la geometria del sottosuolo nelle zone di Barbaricina e Porta a Mare (periferia occidentale di Pisa). Nella parte superiore sud orientale della sezione, è presente (in località Porta a Mare) un orizzonte continuo di sabbie limose, le quali ospitano l’acquifero superficiale; localmente in profondità, si osserva una lente sabbiosa, intercalata ad un potente
In località Barbaricina l’acquifero si approfondisce, alternandosi con strati e lenti acquicludi anche di notevole spessore; in questo caso, al variare del livello piezometrico, la falda può mutare, almeno parzialmente, condizioni, da falda a “pelo libero” a falda in “pressione”, e l’acquifero viene definito semiconfinato.
In sponda destra (NO), poiché le sabbie del fiume sono in diretto contatto con le sabbie limose della pianura è verosimile una comunicazione della falda freatica con l’Arno. In riva sinistra (SE) dell’Arno la mancanza di dati stratigrafici puntuali nelle vicinanze del corso del fiume impedisce una sicura verifica della situazione del sottosuolo, tuttavia è presumibile una condizione stratigrafica analoga a quella della sponda destra (Pierotti, 1997)
6.2.1 – Zona di intervento del porto turistico di Marina di Pisa (Zona C)
Per questa zona, è stata possibile la costruzione di un block-diagram sulla base di 8 sondaggi a carotaggio continuo eseguiti dalla Borello s.p.a, e di altre stratigrafie ubicate nell’area, consultate dalla Banca Dati Ambientale del Sistema Informativo Ambientale Regionale (SIRA).
Per la creazione del block-diagram sono stati utilizzati diversi programmi software, partendo dalla costruzione da una maglia di punti rappresentanti stratigrafie esistenti
o estrapolate. In fig. 6.6, dove è rappresentata l’ubicazione di tali punti, si noti come nella parte est la maglia presenti una maggiore approssimazione dell’estrapolazione stratigrafica dovuta alla mancanza di sondaggi in quella zona.
Fig. 6.6 – Carta di base per l’elaborazione del block-diagram.
Nel block-diagram rappresentato in fig. 6.7, sono segnate anche le tracce delle tre sezioni lungo il quale il diagramma è stato scomposto; la scala delle altezze è stata esagerata di 10 volte, per rendere più immediatamente comprensibile la geometria delle varie litologie che, in alcuni casi, risultano sviluppate verticalmente solo di pochi metri.
Fig. 6.7– Block diagram della zona di intervento del porto turistico di Marina di Pisa .
La sez. E è rappresentata in fig. 6.8 e taglia la zona dove verrà costruito il porto turistico di Marina di Pisa, dove lo spessore del terreno di riporto è maggiore rispetto al resto dell’area rappresentata dal block-diagram. L’orizzonte di sabbie superficiali (sede dell’acquifero freatico al di sotto del terreno di riporto) è separato dalle sabbie più profonde ed addensate (sede del primo acquifero confinato) da un livello argilloso, di circa 10 metri di spessore; il contatto tra le litologie è praticamente orizzontale.
Fig. 6.8 – Sezione E.
La sez. F (fig. 6.9) è spostata verso est rispetto alla precedente e mostra, oltre alla continuità dei due orizzonti sabbiosi separati dalle argille, i depositi anch’essi sabbiosi delle aree golenali e facenti parte dell’acquifero freatico, che affiorano nel tratto adiacente all’Arno. Il terreno di riporto è sempre presente al di sotto della parte urbanizzata.
Fig. 6.9 – Sezione F.
La sezione G (fig. 6.10) taglia trasversalmente alla linea di costa tutto il block-diagram e mostra l’assottigliamento, verso la zona non urbanizzata (SE), dello spessore del terreno di riporto, che si chiude al di sopra dei limi sabbiosi; anche in questa sezione si nota come il primo orizzonte sabbioso, sede dell’acquifero freatico, sia separato dal secondo orizzonte sabbioso, sede del primo acquifero confinato, da un orizzonte argilloso uniforme e continuo.
Fig. 6.10 –Sezione G.
In definitiva, la geometria tridimensionale ricostruita con il block diagram nell’area del porto mette in evidenza la continuità e la regolarità degli spessori dell’acquifero freatico, ad eccezione di un suo lieve inspessimento verso il mare come risulta dalla sezione longitudinale G. Il suo substrato impermeabile (costituito da limi argillosi e argille), ad andamento nell’insieme sub-orizzontale, ha uno spessore di circa 10 metri e rappresenta quindi una sufficiente separazione idraulica tra la falda freatica e il sottostante sistema di falde in pressione.
Il block diagram mostra inoltre plasticamente i collegamenti diretti dei corpi idrici superficiali (mare e Arno) con l’acquifero freatico; esponendo così quest’ultimo ad entrambi i fronti dell’intrusione marina.
