8 Variazioni spaziali del chimismo del fiume Cecina
8.1 Introduzione
In figura 8.1, 8.2 e 8.3 sono riportati, per ogni campagna effettuata, i valori di RCl,
RSO4 ed RHCO3 in funzione della distanza. Occorre ricordare che nella prima e nella
seconda campagna il fiume Cecina scorre in alveo solamente tra la sezione 1 e la sezione 4, ricompare all’altezza della sezione 9 per poi di nuovo scorrere nel subalveo fin dopo il ponte di Ferro, nonostante l’apporto di 40 l/s del Botro S. Marta. Nel terzo periodo di campionamento l’acqua è presente in alveo lungo tutto il percorso del fiume.
Dai grafici si può osservare quanto segue:
a) Nel periodo corrispondente alla prima ed alla seconda campagna le acque del
fiume Cecina tra la sezione 1 e la sezione 4 sono di tipo solfato calcico; tuttavia tra la seconda e quarta sezione aumenta percentualmente il contenuto di bicarbonati. Dall’andamento dei grafici si potrebbe pensare ad un importante contributo del torrente Pavone la cui acqua è di tipo bicarbonato alcalino terroso. I diagrammi LLSO4 di figura 8.4, mostrano chiaramente che tale interpretazione non è corretta. Occorre, infatti, un apporto di acqua le cui caratteristiche chimiche sono ben diverse da quelle del torrente Pavone.
b) Nella terza campagna le acque campionate sono, ad eccezione del torrente
Pavone e del torrente Possera e del Botro S. Marta, acque miste. Più precisamente nel tratto compreso tra le sezioni 1 e la sezione 13 le acque del fiume sono di tipo Solfato-Bicarbonato Calcico, mentre, dopo l’immissione del S.
Marta, cioè tra la sezione 13 e la 15 le acque diventano di tipo SO4-Cl-Na-Ca. Si
può ritenere che tale repentina variazione sia dovuta all’immissione del Botro S. Marta che ha caratteristiche clorurato sodiche.
Si assiste quindi ad una importante variazione di chimismo nello spazio.
Tali variazioni, come già accennato, non sono sempre di facile interpretazione, tanto più che disponiamo di dati di portata affidabili solo per la prima campagna.
Inoltre è possibile studiare la variabilità nel tempo solamente per il tratto compreso tra la sezione 1 e la sezione 4 e per la sezione 9.
Figura 8.1 – Diagramma distanza vs RCl per le tre campagne.
Figura 8.2 – Diagramma distanza vs RSO4 per le tre campagne.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Distanza (metri) R (C l) Cecina c3 Pavone c3 Possera c3 Botro S. Marta c3 Cecina c2 Pavone c2 Botro S. Marta c2 Possera c2 Cecina c1 Pavone c1 Botro S. Marta c1
Botro Santa Marta
Pavone Possera FC1 FC2 FC4 FC7 FC9 FC11 FC12 FC13 FC15 FC17 FC18 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Distanza (metri) R (S O 4) Cecina c3 Pavone c3 Possera c3 Botro S. Marta c1 Cecina c2 Pavone c2 Botro S. Marta c2 Possera c2 Cecina c1 Pavone c1 Botro S. Marta c1
Botro Santa Marta Pavone Possera FC1 FC2 FC4 FC7 FC9 FC11 FC12 FC13 FC15 FC17 FC18
Figura 8.3 – Diagramma distanza vs RHCO3 per le tre campagne. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 Distanza (metri) R (H C O 3) Cecina c3 Pavone c3 Possera c3 Botro S. Marta c3 Cecina c1 Pavone c1 Botro S. Marta c1 Cecina c2 Pavone c2 Botro S. Marta c2 Possera c2 Pavone Possera
Botro Santa Marta
FC1 FC2 FC4 FC7 FC9 FC11 FC12 FC13 FC15 FC17 FC18
8.2 Processi chimici individuabili nel tratto compreso
tra la sezione 1 e la sezione 2
8.2.1 Prima campagna
Per avere un’idea dei possibili processi chimici che vanno a determinare il chimismo delle acque consideriamo il diagramma LLSO4 di figura 8.4. Per completezza di informazione abbiamo considerato anche le acque del Possera e dei pozzi di Puretta.
Dal grafico appare evidente che tra la sezione 1 e la sezione 2 diminuisce percentualmente la componente solfato calcica ed è quindi necessario pensare ad apporti che però non sono dovuti a contributi superficiali (torrenti e fossi)
La diminuzione di portata tra la sezione 1 e la 2 non rende possibile effettuare semplici calcoli per determinare le composizioni chimiche dell'apporto individuato.
Fig. 8.4 – Variazioni di chimismo tra la sezione 1 e la sezione 4 registrate nel corso della prima campagna.
Sezione 1 Sezione 2
In tabella 8.1 sono riportati gli intervalli di confidenza dei valori di concentrazione misurati nella sezione 1 e nella sezione 2. La deviazione standard percentuale dei metodi analitici considerati è del 3%, tolto che per il boro per il quale è stato considerato un valore del 5%..
Tabella 8.1 – Intervallo di confidenza delle concentrazioni misurate nella sezione 1 e 2 (1 campionamento).
Ca
(-95%) Ca (+95%) Mg (-95%) Mg (-95%) Na (+95%) Na (+95%) K (-95%) K (+95%) Sez 1 1.30E-02 1.47E-02 4.27E-03 4.81E-03 2.52E-03 2.83E-03 1.20E-04 1.35E-04 Sez 2 1.05E-02 1.18E-02 4.55E-03 5.12E-03 2.29E-03 2.58E-03 1.14E-04 1.28E-04
Alc
(-95%) Alc (+95%) Cl (-95%) Cl (+95%) SO4 (-95%) SO4 (+95%) B (-95%) B (+95%) Sez 1 2.54E-03 2.86E-03 1.70E-03 1.91E-03 1.55E-02 1.74E-02 2.83E-05 3.44E-05 Sez 2 2.92E-03 3.28E-03 1.93E-03 2.17E-03 1.26E-02 1.41E-02 3.22E-05 3.92E-05
Le uniche sostanze per le quali gli intervalli non si sovrappongono sono il calcio ed il solfato (che diminuiscono dalla sezione 1 alla sezione 2) ed il bicarbonato che invece aumenta dalla sezione 1 alla sezione 2. Questo fa pensare come molto probabile l’ingresso di un’acqua di tipo bicarbonato calcico, con un contenuto di calcio minore di quello della sezione 1 e sostanzialmente con concentrazioni di Na, K, B e Mg paragonabili a quelle delle acque della sezione 1
Se supponiamo che l’acqua che si mescola a quella del fiume abbia un contenuto di solfati uguale a 0, si può trovare facilmente che la frazione di acqua di fiume con composizione analoga a quella della sezione 1 è pari a 0.81, mentre la componente a bicarbonato è di 0.19. Si può quindi determinare il contenuto di bicarbonato dell’acqua pari a 0.0048 eq/l. Si può pensare che il contenuto di Ca in eq/l sia uguale a quello del bicarbonato, cioè di 0.0048 eq/l. L’acqua della sezione 2 dovrebbe avere un contenuto di calcio pari a 0.012 eq/l contro gli 0.011 effettivamente misurati. Chiaramente l’approssimazione di un’acqua con contenuto nullo di solfati è molto grossolana. Possiamo pensare, ad esempio, che il contenuto di solfati dell’acqua incognita sia uguale a quello del Torrente Pavone (0.0015 eq/l). In tal caso l’apporto dell’acqua Bicarbonato Calcica dovrebbe essere del 20.5%. Il suo contenuto in bicarbonati sarebbe quindi di 0.0047 eq/l. Il contenuto totale di calcio di questa acqua si può valutare pari alla somma degli equivalenti di solfato e bicarbonato, cioè di 0.0062 eq/l; in tal caso la quantità di calcio misurata nella sezione 2 sarebbe ancora di 0.0123 eq/l, leggermente più alta di quella trovata con l’altro modello.
Alla luce di quanto detto la portata misurata nella sezione 2 dovrebbe essere del 20% circa più elevata di quella misurata nella sezione 1. In realtà la portata risulta molto più bassa 50 l/s.
8.2.2 Seconda campagna
In figura 8.5 è riportato il grafico LLSO4 per i campioni prelevati tra la sezione 1 e la
sezione 4 durante la seconda campagna. Il quadro appare abbastanza diverso da quello delineato precedentemente. Infatti si osserva un aumento delle caratteristiche solfato-calciche e della salinità. Considerando gli intervalli di confidenza al 95% risulta che le concentrazioni di tutte le sostanze aumentano, ad eccezione del Na, Cl e B che invece diminuiscono in maniera significativa.
Nel caso della seconda campagna non abbiamo misure di portata. Se ragionassimo in maniera analoga al caso precedente potremmo ammettere l’ingresso di un’acqua che non contiene boro. In tabella 8.2 è mostrata la composizione dell’acqua, il valore della frazione di fiume con composizione uguale a quella della sezione 1 e il valore della frazione di acqua che si aggiunge a quella del fiume.
Figura 8.5 - Grafico LLSO4 per i campioni tra la sezione 1 e la sezione 4 per la seconda campagna.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 RSO4 R N a+ K Possera Puretta Pavone Sezione 1 Sezione 2 Sezione 4
Composizione ipotetica miscela bianria Composizione ipotetica terzo termine miscela ternaria
Tabella 8.2. Composizione e frazione relativa di acqua che si aggiunge a quella del fiume, sezione 1, per dare la composizione della sezione 2.
B Frazione
fiume Frazione acqua Ca Mg Na K Cl SO4 Alk 0.00E+00 6.86E-01 3.14E-01 1.11E-02 7.49E-03 1.50E-03 2.61E-04 7.11E-04 1.49E-02 5.60E-03 1.00E-06 6.79E-01 3.21E-01 1.11E-02 7.39E-03 1.52E-03 2.57E-04 7.40E-04 1.48E-02 5.55E-03 5.00E-06 6.48E-01 3.52E-01 1.08E-02 7.01E-03 1.60E-03 2.42E-04 8.57E-04 1.42E-02 5.35E-03 1.00E-05 5.99E-01 4.01E-01 1.04E-02 6.53E-03 1.71E-03 2.23E-04 1.00E-03 1.35E-02 5.11E-03 3.00E-05 1.03E-01 8.97E-01 8.87E-03 4.63E-03 2.11E-03 1.47E-04 1.58E-03 1.06E-02 4.15E-03 3.10E-05 4.41E-02 9.56E-01 8.80E-03 4.54E-03 2.13E-03 1.43E-04 1.61E-03 1.05E-02 4.10E-03
E’ importante sottolineare il fatto che il contenuto di solfati, bicarbonati e calcio non cambia in maniera drammatica al variare della frazione di fiume coinvolta nel processo di mixing, calcolato sulla base del contenuto di boro. Il contenuto massimo di boro nell’acqua non può superare il valore di 3.1*10-5 moli/l. Tuttavia rispetto al periodo precedente cambierebbe notevolmente la composizione dell’acqua che si mescola al fiume.
8.2.3 Terza campagna
Considerando gli intervalli di confidenza al 95% risulta che le differenze riscontrate non sono significative. Come già detto, rispetto alla prima campagna le acque passano da solfato calciche a solfato-bicarbonato calciche. Tra la prima e la terza campagna il contenuto dei cloruri passa da 1,8 meq/l a 1,1 meq/l. Prendendo i dati della prima campagna come riferimento e supponendo che la variazione riscontrata sia imputabile all’ingresso di acqua bicarbonato calcica, priva sostanzialmente di cloruri, si avrebbe nel terzo periodo un incremento di portata del 40% circa, in altri termini ci si dovrebbe aspettare un valore di 105 l/s.
8.3 Processi chimici individuabili nel tratto compreso
tra la sezione 2 e la sezione 4
8.3.1 Primo campionamento
Il torrente Pavone si immette nel fiume tra la sezione 2 e la sezione 4, più precisamente 400 metri circa a valle della sezione 2 (vedi figura 8.6). In figura 8.7 è mostrato il grafico Cl vs Na, riferito alla prima campagna. Per completezza su tale grafico sono anche riportati i valori del torrente Possera, e dei pozzi di Puretta. Come si vede, la sezione 4 non si trova sulla retta che congiunge la sezione 2 con il torrente Pavone, come invece ci si dovrebbe attendere nel caso di una miscela binaria. La posizione del punto rappresentativo della sezione 4 è invece spostata verso acque che hanno un contenuto di cloruri e sodio simile a quello del torrente Possera, in particolare al campione Possera 2a.
Figura 8.6 – Tratto di fiume compreso tra la sezione 1 e la sezione 4.
Si può quindi ipotizzare un mescolamento ternario tra l’acqua della sezione 2, quella del torrente Pavone e quella ipotetica che ha un contenuto di sodio e cloruri analogo al campione Possera 2A.
Si può scrivere quindi il seguente sistema di tre equazioni e tre incognite:
Cl1 ed Na1, Cl2 ed Na2, Cl3 ed Na3, ClN e NaN rappresentano le concentrazioni di ione cloro e sodio nell’acqua del fiume nella sezione 2, del torrente Pavone, del torrente Possera nella sezione 2a e nell’acqua del fiume nella sezione 4, rispettivamente. In tabella 8.3 sono riportati i valori di concentrazione di Na e Cl in eq/l (Il numero di cifre più grande di quelle significative per motivi di calcolo) utilizzati per risolvere il sistema. Nella stessa tabella sono riportati i valori delle frazioni di mescolamento.
Tabella 8.3 – Dati utilizzati per determinare le frazioni di mescolamento ternario.
Sezione 2 (X1) Pavone (X2) Terzo termine (X3) Sezione 4
Cl 0.002052 0.000827 0.001003 0.001191
Na 0.002432 0.001199 0.002228 0.002152
X 0.20 0.11 0.69
In tabella 8.4 è invece riportata la composizione dell’acqua di cui abbiamo supposto la concentrazione di ione Cl e Na. Le concentrazioni sono espresse in eq/l.
Tabella 8.4 – Composizione ipotetica del terzo termine della miscela.
Ca Mg Na K AlK Cl SO4 B
6.90E-03 4.65E-03 2.23E-03 5.63E-05 2.88E-03 1.00E-03 9.89E-03 5.34E-05
Naturalmente questo risultato è stato ottenuto supponendo che il terzo termine della miscela avesse lo stesso contenuto di Cl e Na dell’acqua del Possera campionata nella sezione 2A. In realtà questo temine può variare lungo la retta A (vedi figura 8.7), verso valori più alti Na e più bassi in Cl. Se ad esempio la concentrazione di sodio fosse 0.0026 eq/l il Cl dovrebbe essere, per rimanere lungo la retta, 8.06*10-5 eq/l. Risolvendo il sistema con questi nuovi dati si ottiene ovviamente un altro tipo di soluzione, mostrata in tabella 8.5
= + + = + + = + + 1 X3 X2 X1 Na X3 * Na X2 * Na X1 * Na Cl X3 * Cl X2 * Cl X1 * Cl N 3 2 1 N 3 2 1
Tabella 8.5 – Dati utilizzati per determinare le frazioni di mescolamento ternario.
Sezione 2 (X1) Pavone (X2) Terzo termine (X3) Sezione 4
Cl 0.002052 0.000827 8.06E-05 0.001191
Na 0.002432 0.001199 0.0026 0.002152
X 0.463 0.264 0.273
La composizione dell’acqua che partecipa alla miscela è mostrata in tabella 8.6.
Tabella 8.6 – Composizione ipotetica dell’acqua che rappresenta il terzo termine della miscela.
Ca Mg Na K AlK Cl SO4 B
5.02E-03 5.55E-03 2.60E-03 9.05E-07 1.61E-03 8.06E-05 1.12E-02 7.98E-05
In questo schema il rapporto di mescolamento tra acque simili a quelle del torrente Pavone ed acque con composizione analoga a quella della sezione 2 sarebbe comunque di 0.57 (cioè il 64% di acqua della sezione 2 ed il 36% di acqua del torrente Pavone). Questo rapporto è molto più grande di quello che si ricava dalle portate misurate. Se il sistema fosse un sistema chiuso la portata totale del fiume misurata alla sezione 4 dovrebbe essere compresa tra i 250 l/s e 107 l/s, mentre il valore misurato è di 29 l/s.
La perdita verso il subalveo non sarebbe quindi solo di circa 20 l/s ma ben più grande.
Da osservare, comunque che l’acqua che si mescola con quella del fiume e del Pavone è di tipo solfato calcico in entrambi i casi ed il contenuto di boro di questo termine di mescolamento varierebbe tra 0,5 e 0,8 mg/l.
Figura 8.7 – Diagramma Na vs Cl nel tratto di fiume tra la sezione 1 e la sezione 4 per la prima campagna.
8.3.2 Seconda campagna
In figura 8.8 è riportato il grafico Cl vs Na relativo alla seconda campagna. Si conferma, anche in questo caso, un mescolamento a tre termini: l’acqua del fiume Cecina con la composizione determinata nella sezione 2, l’acqua del torrente Pavone ed un’acqua per la quale si assume un contenuto di Cl e Na analogo a quello del Possera 2A. I dati ed i valori delle frazioni con le quali i tre termini contribuiscono all’acqua campionata nella sezione 4 sono riportati in tabella 8.7. La composizione dell’acqua che si mescola a quelle di scorrimento superficiale è riportata in tabella 8.8.
Tabella 8.7 - Dati utilizzati per il modello di mescolamento e risultati ottenuti. Sezione 2
(X1) Pavone (X2) Terzo termine (X3) Sezione 4 Cl 0.001633 0.000815 0.000949 0.00129633 Na 0.002146 0.001041 0.001942 0.001845107 X 0.553298 0.2324807 0.214222 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 Na eq/l C l e q/ l sez1 sez2 sez4 Pavone Possera Pozzi Puretta Retta A Retta B
In questo caso la ricostruzione della composizione chimica del terzo termine non dà risultati soddisfacenti per ciò che riguarda l’alcalinità ed il potassio (vedi tab. 8.8). Occorrerebbe ipotizzare una composizione di Cl del terzo termine di 0.00118 eq/l per ottenere risultati soddisfacenti. In tal caso le frazioni di acqua della sezione 2 del Cecina, del Pavone e del terzo termine sarebbero 0.40, 0.18 e 0.42 rispettivamente, diminuirebbe notevolmente, in tal modo, l’apporto di acque con caratteristiche chimiche analoghe a quelle del Pavone.
Tabella 8.8 - Composizione del terzo termine, utilizzando due diversi valori di Cl.
Ca Mg Na K AlK Cl SO4 B
3.40E-03 2.51E-03 1.94E-03 -1.09E-04 -9.09E-04 9.49E-04 7.15E-03 2.71E-05 5.30E-03 3.28E-03 1.90E-03 5.32E-08 1.66E-03 1.18E-03 7.58E-03 2.92E-05
Figura 8.8 – Diagramma Na vs Cl relativo alla seconda campagna.
8.3.3 Terza campagna
Anche in questo caso il grafico Cl vs Na mostra una certa influenza di acque che possono avere un contenuto di Na e Cl paragonabili a quelli del torrente Possera (sezione 2A). Nelle tabelle 8.9 e 8.10 sono riportati i dati considerati ed i risultati ottenuti. 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 Na eq/l C l e q/ l sez 3 sez 2 sez 4 sez 1 PP31 PP35 PP39
Il terzo termine che contribuisce, anche se in minor misura, alla miscela ha una composizione Solfato-Bicarbonato-Calcica.
Tabella 8.9 - Dati utilizzati per il modello di mescolamento e risultati ottenuti.
sez2 (X1) Pavone (X2) Terzo termine (X3) sez4
Cl 0,001129 0,000731 0,000771 0,000909
Na 0,001373 0,000978 0,0014 0,001234
X 0,43 0,37 0,21
Tabella 8.10 - Composizione del terzo termine della miscela.
Ca Mg Na K AlK Cl SO4 B
0,004482 0,003752 0,001402 4,66E-05 0,003772 0,000768 0,004572 4,87345E-05
8.4 Variazioni di chimismo dalla sezione 4 alla sezione
18
Le considerazioni che seguono sono effettuate sui dati del terzo campionamento. Nei primi due periodi considerati il fiume non aveva acqua in alveo.
8.4.1 Variazioni tra la sezione 4 e la sezione 7
Figura 8.9 – Tratto di fiume Cecina tra sezione 1 e la sezione 7.
Tuttavia considerando il grafico Cl vs B di figura 8.10 si osserva che il campione rappresentativo del punto 7 non si trova lungo la retta di mescolamento tra l’acqua del fiume Cecina e del torrente Possera. Prendendo in considerazione il solo B e considerando un semplice processo di mescolamento binario, si avrebbe infatti che il contributo del Possera dovrebbe essere il 20% circa. In tal caso la concentrazione di Cl dovrebbe essere 0.9 meq/l contro i quasi 11 effettivamente misurati. D'altro lato
occorre dire che le composizioni di Ca, Na e SO4 sono ben ricostruite, come si può
vedere dalla tabella 8.11. Questo fatto farebbe pensare che le discrepanze osservate siano più il frutto delle incertezze analitiche che a un meccanismo di mescolamento a più componenti che sarebbe altrimenti necessario invocare.
Tabella 8.11 – Composizioni Na, Ca, SO4, Cl, analizzate e ricalcolate.
Figura 8.10 – Diagramma Cl vs B per le sezioni dalla 4 alla 7.
0 0,00005 0,0001 0,00015 0,0002 0,00025 0,0003 0,00035 0,0004 0,0009 0,00092 0,00094 0,00096 0,00098 0,001 0,00102 0,00104 0,00106 0,00108 0,0011 Cl eq/l B e q/ l FC4 FP6 FC7 Sezione 7 (FC7) ricalcolata Ca Na Cl SO4 Sezione 7 ricalcolata 0,0050 0,0014 0,0009 0,0001 Sezione 7 analizzata 0,0050 0,0014 0,0011 0,0001
8.4.2 Variazioni osservate tra la sezione 7 e la sezione 13
Nel periodo di campionamento i torrenti ed i fossi che si immettono nel Cecina tra la sezione 7 e la sezione 13 non avevano acqua in alveo. Nella figura 8.11 è rappresentato il tratto di fiume tra la sezione 7 (FC7) e la sezione 13 (FC13).
Figura 8.11– Tratto Fiume Cecina compreso tra la sezione 7 e la sezione 13.
Si osserva tuttavia un continuo aumento di Na e Cl in tutto il tratto di fiume considerato (fig. 8.12), mentre il Boro aumenta ancora dalla sezione 7 alla sezione 9, per poi di fatto rimanere costante (fig. 8.13). Osservazioni, sia pure semiquantitative, evidenziano inoltre che la portata del fiume tra le sezioni 7 e 13 aumenta significativamente.
Figura 8.12 – Diagramma Na vs Cl per le sezioni del fiume FC7, FC9, FC11, FC12 e FC13.
Figura 8.13 – Diagramma Na vs B per le sezioni del fiume FC7, FC9, FC11, FC12 e FC13.
In mancanza di misure quantitative è possibile comunque calcolare per ogni aumento percentuale di portata quale dovrebbe essere la concentrazione dell’acqua che si immette nel fiume. E’ interessante osservare che a partire da variazioni di portata del
0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 Na eq/l C l e q/ l FC7 FC9 FC11 FC12 FC13 0 0,00005 0,0001 0,00015 0,0002 0,00025 0,0003 0,00035 0,0004 0 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 Na eq/l B e q/ l FC13 FC12 FC11 FC9 FC7 FC4 FP6 PZ3 PZ6
20%, il contenuto di boro calcolato è pressoché costante e si aggira intorno al valore di 0.00013 moli/l (vedi tabella 8.12), che è anche il limite di concentrazione raggiunto dal boro nel fiume in questo periodo. Nelle tabelle 8.12 (a), 8.12 (b), 8.12 (c) e 8.12 (d) è riportato rispettivamente, il contenuto di boro calcolato con la variazione percentuale di portata per ogni tratto di fiume.
Tabella 8.12 (a) – Contenuto di boro calcolato a variazioni percentuali di portata tra la sezione 7 e la sezione 9.
Tabella 8.12 (a) – Contenuto di boro calcolato a variazioni percentuali di portata tra la sezione 9 e la sezione 11.
Tabella 8.12 (a) – Contenuto di boro calcolato a variazioni percentuali di portata tra la sezione 11 e la sezione 12. variazione % Na Cl SO4 B 1 0,029718 0,025309 0,06235 0,002431 10 0,004453 0,003718 0,010139 0,00036 20 0,003049 0,002518 0,007238 0,000245 50 0,002207 0,001798 0,005498 0,000176 100 0,001926 0,001558 0,004917 0,000153 200 0,001786 0,001438 0,004627 0,000142 400 0,001646 0,001319 0,004339 0,00013 variazione % Na Cl SO4 B
1 1,31E-02 1,85E-02 3,88E-02 4,52E-04 10 2,89E-03 3,19E-03 8,09E-03 1,65E-04 20 2,32E-03 2,34E-03 6,39E-03 1,49E-04 50 1,98E-03 1,83E-03 5,36E-03 1,40E-04 100 1,87E-03 1,66E-03 5,02E-03 1,37E-04 200 1,82E-03 1,57E-03 4,85E-03 1,35E-04 400 1,79E-03 1,53E-03 4,76E-03 1,34E-04
variazione % Na Cl SO4 B 1 0,068893 0,043891 0,044208 0,000133 10 0,00907 0,006107 0,008984 0,000133 20 0,005747 0,004007 0,007027 0,000133 50 0,003753 0,002748 0,005853 0,000133 100 0,003088 0,002328 0,005462 0,000133 200 0,002756 0,002118 0,005266 0,000133 400 0,002589 0,002013 0,005168 0,000133
Tabella 8.12 (a) – Contenuto di boro calcolato a variazioni percentuali di portata tra la sezione 12 e la sezione 13.
Come mostrato nelle tabelle 8.12 (a), 8.12 (b), 8.12 (c) e 8.12 (d), il contenuto di boro calcolato al variare percentuale delle portata è sempre costante sopra al 20%, eccetto nel tratto tra la sezione 7 e la sezione 9, tabella 8.12 (a), dove occorre una variazione maggiore del 300%.
Un’altra ipotesi sul contenuto di boro tra la sezione 7 e la sezione 13 si ha nel caso in cui il fiume abbia portate costanti, ed il contenuto di boro non vari. Come si vede dai grafici 8.1, 8.2 e 8.3 risulta un arricchimento in Na e Cl, ma non in boro, questo potrebbe essere dovuto ad una erosione delle intercalazioni di argille, ricche in cloruro di sodio, presenti nel subalveo del fiume.
8.4.3 Sezioni 13 14 e 15 nella terza campagna
In questo tratto di fiume (vedi fig.8.14) il Botro Santa Marta (FC 14) si immette nel fiume Cecina a valle della sezione 13 (FC 13).
variazione % Na Cl SO4 B 1 0,006008 0,015033 0,015344 -0,00019 10 0,002814 0,003338 0,006189 9,82E-05 20 0,002636 0,002688 0,00568 0,000114 50 0,00253 0,002298 0,005375 0,000124 100 0,002459 0,002039 0,005173 0,00013 200 0,002459 0,002039 0,005172 0,00013 400 0,002468 0,002071 0,005197 0,000129
Figura 8.14 – Sezione 13, 14, 15 della zona in studio.
In figura 8.15 è riportato il grafico Na vs Cl per le sezioni FC 14, FC 13 e FC15.
Figura 8.15 – Diagramma Na vs Cl della terza campagna per il tratto di fiume compreso tra le sezioni 13 e 15. 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 Na eq/l C l e q/ l FC14 FC13 FC15
Come rappresentato in figura 8.15 la sezione 15 (FC 15) risulta un miscelamento tra la sezione 13 (FC 13) e la sezione 14 (FC 14).
Essendo un miscelamento binario è possibile calcolare la percentuale di acqua del Botro Santa Marta che si immette nel fiume Cecina mediante la seguente formula: Cl13*X + Cl14* (1-X) = Cl15
Dal calcolo risulta che la sezione 15 (FC 15) è composta per 85,5% dall'acqua con composizione chimica analoga a quella della sezione 13 (FC13), mentre la sezione 14 (FC14) contribuisce per il 14,5%.
8.4.4 Sezioni 15, 17 e 18 nella terza campagna
Per spiegare il comportamento del fiume cecina nelle 17 (FC17) e 18 (FC18) della terza campagna, è stato utilizzato il seguente modello che prevede l’utilizzo dei pozzi della Cacciatina 6 (PC6) e il 19 (PC19). (vedi figura 8.17)
In figura 8.16 è rappresentata l’area in studio.
Figura 8.16 – Area in studio compresa tra la sezione 15 e la sezione 18.
Come evidenziato dalla figura 8.17, la sezione 18 risulta essere una miscela con una acqua che ha valori in cloro e sodio minori, poiché non risulta in linea con la sezione 15 (FC15) e la sezione 17 (FC17).
Figura 8.17 – Diagramma Na vs Cl della terza campagna per il tratto di fiume compreso tra le sezioni 15 e 18.
Per il calcolo sono state utilizzate due rette:
– una ottenuta utilizzando la sezione 17 (FC17) e la sezione 18(FC18):
Y=4,0573x -0,0167;
– l’altra costruita tra il pozzo cacciatina 6 (PC6) e il pozzo cacciatina 19
(PC19): Y=1,1829x –0,0037;
Svolgendo il sistema tra le due equazioni sopra citate e risolvendolo, si ottiene il punto corrispondente all’acqua di miscelazione ipotetica che presenta un valore di Na 4,52*10-3 eq/l e un valore di Cl di 1,65*10-3 eq/l. (vedi figura 8.17)
L’acqua ipotetica presenta bassi valori in clururi e sodio, probabilmente è un’acqua che ha una ricarica da altitudini maggiori.
8.5 Variazione spaziale e temporale del torrente Possera
Viene riportata in figura 8.17 (a), 8.17 (b), 8.17 (c) e 8.17 (d), rispettivamente
distanza vs R(HCO3), R(SO4), R(Cl) e boro, una descrizione del comportamento
nello spazio e nel tempo degli anioni dominanti nel torrente Possera. 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 Na eq/l C l e q/ l FC18 FC17 FC15 punto ipotetico di mescolamento PC19 PC6
Le figure 8.17 (a), 8.17 (b), 8.17 (c) e 8.17 (d) mostrano il diverso chimismo tra il punto prelevato a monte (FP1), campionato nella terza campagna, e i restanti punti campionati a valle delle centrali di Larderello.
Si evidenzia che il torrente Possera nasce prevalentemente come un’acqua ricca di bicarbonati (fig. 8.17 (a)) ed ha un basso contenuto di solfati (fig. 8.17 (b)) e di boro (fig. 8.17 (d)).
Inoltre è stato campionato nella terza campagna (come citato nel capitolo della classificazione) il percolato della discarica prima della confluenza con il torrente Possera (FP4).
Nonostante gli alti valori di Cl, SO4 e boro, ed il basso valore di HCO3, non ci sono
varizioni nel chimismo del torrente, poiché la massa trasportata era irrisoria rispetto alla portata del Possera.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 Distanza (m) R (H C O 3) Possera c1Possera c2 Possera c3 Discarica Bulera c3 Discarica Bulera FP4 FP1 FP2 FP6 FP2A FP3 FP5 FP5C FP5D
Figura 8.17 (a) – Diagramma distanza vs R(HCO3) riferito al torrente Possera per le
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 Distanza (m) R (S O 4) Possera c1 Possera c2 Possera c3 Discarica Bulera c3 FP1 FP2 Discarica Bulera FP4 FP6 FP2A FP3 FP5 FP5C FP5D
Figura 8.17 (b) – Diagramma distanza vs R(SO4) riferito al torrente Possera per le tre
campagne di campionamento. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 Distanza (m) R (C l) Possera c1 Possera c2 Possera c3 Discarica Bulera c3 Discarica Bulera FP4 FP1 FP2 FP6 FP2A FP3 FP5 FP5C FP5D
Figura 8.17 (c) – Diagramma distanza vs R(Cl) riferito al torrente Possera per le tre campagne di campionamento.
Per quanto concerne il fattore temporale si rileva che il boro tende ha diluirsi nell’arco delle tre campagne, mentre come già espresso per il fiume Cecina si nota anche per il Possera un comportamento opposto fra i bicarbonati e i solfati.
0 5 10 15 20 25 30 35 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 Distanza (m) B or o (m g/ l) Possera c1 Possera c2 Possera c3 Discarica Bulera c3 FP1 FP6 FP4 Discarica Bulera FP2 FP2A FP3 FP5 FP5C FP5D
Figura 8.17 (d) – Diagramma distanza vs Boro riferito al torrente Possera per le tre campagne di campionamento.
Inoltre nelle figure 8.17 (e) e 8.17 (f), vengono riportati rispettivamente i diagrammi distanza vs NH3 e distanza vs COD.
Figura 8.17 (e) – Diagramma distanza vs NH3 del torrente Possera nelle tre campagne.
0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 0,00 2000,00 4000,00 6000,00 8000,00 10000,00 12000,00 14000,00 distanza (m) N H 3 (m g/ l) campagna 1 campagna 2 campagna 3 discarica bulera FP 4 FP1 FP2 FP2A FP3 FP5 FP5C FP5D FP6
Come evidenziato dalla figura 8.17 (e) si rileva un aumento del contenuto di ammoniaca a valle dell’abitato di Larderello. Questo andamento si verifica in tutte e tre le campagne. La presenza di ammoniaca nella sezione FP2A potrebbe eessere dovuto agli scarichi fognari. Il contenuto in ammoniaca derivante dal percolato della discarica del Bulera come mostrato in figura 8.17 (e), si caratterizza per il basso valore (compreso tra 0,01 e 0,02 mg/l).
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 0,00 2000,00 4000,00 6000,00 8000,00 10000,00 12000,00 14000,00 distanza (m) C O D (m g/ l) campagna 1 campagna 2 campagna 3 discarica bulera FP1 FP2 FP2A FP3 FP 4 FP5 FP5C FP5D FP6
Figura 8.17 (f) – Diagramma distanza vs COD del torrente Possera nelle tre campagne.
8.6 Conclusioni
Concludendo, occorre ricordare che nella prima e nella seconda campagna il fiume Cecina scorre in alveo solamente tra la sezione 1 e la sezione 4, ricompare all’altezza della sezione 9 per poi di nuovo scorrere nel subalveo fin dopo il ponte di Ferro, nonostante l’apporto di 40 l/s del Botro S. Marta. Nel terzo periodo di campionamento l’acqua è presente in alveo lungo tutto il percorso del fiume.
Nel periodo corrispondente alla prima ed alla seconda campagna le acque del fiume Cecina tra la sezione 1 e la sezione 4 sono di tipo solfato calcico; tuttavia tra la seconda e quarta sezione aumenta percentualmente il contenuto di bicarbonati.
Nella terza campagna le acque acque miste. Più precisamente nel tratto compreso tra le sezioni 1 e la sezione 13 le acque del fiume sono di tipo Solfato-Bicarbonato Calcico, mentre, dopo l’immissione del S. Marta, cioè tra la sezione 13 e la 15 le acque diventano di tipo SO4-Cl-Na-Ca. Nel tratto di fiume tra la sezione 1 e la sezione 2, per tutte e tre le campagane, diminuisce percentualmente la componente solfato calcica ed è quindi necessario pensare ad apporti che però non sono dovuti a contributi superficiali (torrenti e fossi).
Nella zona del campo pozzi di Puretta per tutte e tre le campagne, si può quindi ipotizzare un mescolamento ternario tra l’acqua della sezione 2, quella del torrente Pavone e quella ipotetica che ha un contenuto di sodio e cloruri analogo al campione Possera 2A, scartando l’ipotesi di un mescolamento binario.
Tra la sezione 4 e la sezione 7 si ipotizzano incertezze analitiche che non riescono a spiegare un meccanismo di mescolamento a più componenti che sarebbe altrimenti necessario invocare.
Tra le sezioni 7 e 13 si osserva un continuo aumento di Na e Cl in tutto il tratto di fiume considerato, mentre il boro aumenta ancora dalla sezione 7 alla sezione 9, per poi di fatto rimanere costante. In mancanza di misure quantitative è possibile comunque calcolare per ogni aumento percentuale di portata quale dovrebbe essere la concentrazione dell’acqua che si immette nel fiume.
Il contenuto di boro calcolato al variare percentuale delle portata è sempre costante sopra al 20%, eccetto nel tratto tra la sezione 7 e la sezione 9, dove risulta una variazione maggiore del 300%.
Tra la sezione 13 e la sezione 15 abbiamo l’immissione del Botro Santa Marta, e si può notare che la sezione 15 è il risultato di un mescolamento binario tra la sezione 13 e il B.S.Marta.
Per spiegare il comportamento del fiume Cecina nelle 17 (FC17) e 18 (FC18) della terza campagna, è stato utilizzato un modello geometrico che prevede l’utilizzo dei pozzi della Cacciatina 6 (PC6) e il 19 (PC19), l’acqua ipotetica presenta bassi valori in cloruri e sodio, probabilmente è un’acqua che ha una ricarica da altitudini maggiori.
Per il torrente Possera si osserva per il fattore temporale si rileva che il boro tende ha diluirsi nell’arco delle tre campagne, mentre come già espresso per il fiume Cecina si nota anche per il Possera un comportamento opposto fra i bicarbonati e i solfati.
Si rileva un aumento del contenuto di ammoniaca a valle dell’abitato di Larderello è ragionevole pensare che sia dovuto agli scarichi fognari.
