Il lavoro è stato svolto nelle seguenti fasi:

7 - PIEZOMETRIA

In questo capitolo viene esposta la metodologia di lavoro adottata per ricostruire la superficie piezometrica e, per mezzo di essa, definire la rete di flusso della falda freatica. Vengono inoltre esposte le procedure preliminari per il reperimento ed il censimento dei punti d’acqua da sottoporre alle misure del livello piezometrico nonché al prelievo di campioni per le opportune analisi chimiche; tutti i dati acquisiti sono stati poi inseriti in un geodatabase.

Sulla base dei dati piezometrici puntuali sono state poi elaborate le relative carte ad isolinee che mostrano gli andamenti spaziali della idromorfologia, per le due significative stagioni di magra e di morbida, rilevate rispettivamente nell’Ottobre 2006 e nel Maggio 2007;

la rete di flusso che ne è derivata (non rappresentata nelle carte piezometriche per non sovraccaricarle di elementi grafici), oltre al suo intrinseco significato cinematico-dinamico, è stata poi utilizzata per l’individuazione del bacino idrogeologico del sistema di drenaggio dell’impianto idrovoro, ai fini della esecuzione del bilancio idrico. Inoltre, le ricostruzioni piezometriche, integrate con le informazioni idrogeochimiche (vedi successivi cap. 8 e cap.9), sono la base indispensabile per la ricostruzione dell’andamento dell’interfaccia acqua dolce/acqua salata e quindi anche per il riconoscimento dei fenomeni di intrusione marina.

Il lavoro è stato svolto nelle seguenti fasi:

● censimento dei punti d’acqua ed elaborazione di una scheda pozzo predisposta per essere archiviata all’interno di un Geodatabase;

● costruzione di nuovi piezometri;

● esecuzione di due campagne piezometriche (Ottobre 2006 e Maggio 2007);

● elaborazione dei dati con la stesura delle relative carte piezometriche;

● inserimento dei dati nel Geodatabase;

● discussione dei dati piezometrici e loro finalizzazione alle problematiche dell’intrusione marina, sia dalla linea di costa sia attraverso la risalita del cuneo salino nei corsi d’acqua.

7.1 – Censimento dei punti d’acqua e loro caratteristiche tecniche

In fase preliminare sono stati effettuati il censimento e la successiva ubicazione in carta in scala 1:10000 di pozzi e/o piezometri, potenzialmente utili al progetto e presenti nell’area di studio, in base a dati provenienti da varie fonti:

- database pozzi della Provincia di Pisa;

- banca dati delle concessioni dei pozzi del Comune di Pisa;

- lavori pregressi nella zona del porto (Ghezzi, 2006);

- archivio personale (sviluppato direttamente in campagna con il metodo “porta a porta”).

In totale sono stati censiti 65 punti d’acqua (fig. 7.1) tra pozzi, piezometri ed acque superficiali che sono stati individuati tramite la sigla BA (“Bocca d’Arno”) ed un numero progressivo da 1 a 65. Per le campagne piezometriche sono stati utilizzati solo 52 punti di misura (in quanto i restanti punti censiti erano inaccessibili al freatimetro). Alcuni pozzi sono di tipo “Norton”, ovvero costituiti da una serie di tubi avvitati o saldati assieme e aventi fenestratura nella sola parte della punta, i quali vengono infissi nel terreno fino ad una profondità prestabilita; successivamente, nella porzione esterna viene collocata una pompa elettrica; in questo caso la misurazione del livello della falda non è stata possibile per la mancanza delle attrezzature adatte allo smontaggio ed al rimontaggio dalla pompa. Un’altra tipologia di pozzi recenti oltre ai suddetti “Norton” è quella costituita da cilindri prefabbricati di cemento armato (anelli) del diametro di 1 m, che si incastrano tra di loro una volta conficcati nel terreno; vengono utilizzati da un minimo di 6 a un massimo di 14 anelli dei quali uno solitamente rimane all’esterno come boccapozzo. Nell’area di studio sono presenti inoltre pozzi a sterro o “Romani”; si tratta di pozzi in muratura con parete interna e boccapozzo in mattoni il cui diametro è generalmente compreso tra 0,5 m e 2 m e la cui profondità varia tra 3 e 6 metri.

Nella zona del porto di Marina di Pisa sono stati utilizzati come punti di misura i piezometri costruiti dalla Borello s.p.a.; essi hanno diametro di circa 20 cm e raggiungono una profondità compresa tra 12 e 15 metri.

I nuovi piezometri costruiti nell’area di studio come lavoro di tesi hanno diametro di 3 cm

e sono profondi circa 4 metri.

Fig. 7.1 – Ubicazione dei punti d’acqua nell’area totale di studio (quadro A), con dettaglio della zona di intervento del porto turistico di Marina di Pisa (quadro B).

A

B

7.1.1 – Realizzazione dei nuovi piezometri

La realizzazione di 3 nuovi piezometri è stata necessaria ad incrementare i punti di misura e di campionamento nelle Zone B e C. La perforazione delle canne piezometriche è avvenuta utilizzando il penetrometro statico-dinamico Dynastar TP311, messo a disposizione dal Laboratorio di Geologia Applicata e Geotecnica del Dipartimento, di cui è responsabile il Dr.

Alberto Pochini.

Le operazioni per la costruzione dei nuovi piezometri possono essere riassunte in quattro fasi fondamentali:

√ incastellatura del penetrometro;

√ realizzazione del perforo;

√ estrazione delle aste;

√ infissione del piezometro;

La prima fase di “incastellatura” del meccanismo (vedi fig. 7.2), consiste nel montaggio della base d’appoggio a terra con i tre piedi stabilizzatori aventi la funzione di rendere più stabile la struttura a fronte delle continue cadute del maglio. Segue l’inserimento delle guide del sistema di battuta, necessarie per il controllo della profondità d’infissione delle aste e per la manovra di estrazione successiva. Infine, nella porzione più alta viene inserito un ponticello con piastra distanziale e rullino passa-fune utile per la fase di estrazione; in questa stessa fase viene posto anche il maglio del peso di 30 kg, al di sopra della testata d’infissione; lo strumento così composto raggiunge l’altezza di 2,82 m.

La realizzazione del perforo per l’installazione della canna piezometrica è avvenuta mediante l’infissione nel terreno delle aste del penetrometro, corredate di punta a perdere; a tale scopo è stato necessario procurarsi una punta del diametro di 5 centimetri (realizzata da un laboratorio di meccanica di precisione), poiché le punte a perdere standard fornite per il penetrometro sarebbero risultate inefficienti per l’installazione del tubo, tenendo anche conto del fatto che in terreni sabbiosi saturi il collasso del foro è molto probabile in tempi non troppo lunghi.

L’avanzamento della punta avviene per successive cadute del maglio con una volata di 20 cm. Il maglio viene sollevato da un motore a scoppio Briggs & Stratton a 4 tempi, 5 hp, tipo Heavy Duty con silenziatore e velocità regolabile, collegato con l’argano mediante tubi flessibili ad alta pressione.

La perforazione si è fermata alla profondità di circa 5 metri, misura più che sufficiente per

poter effettuare la misura piezometrica della falda freatica.

La fase di estrazione delle aste è particolarmente delicata per la possibile perdita delle aste stesse;

quest’ultime vengono preventivamente fissate con una morsa di serraggio con chiusura rapida a leva, dopodichè viene azionato l’argano per la loro risalita.

Ogni porzione di aste (ogni asta è 1 m) deve essere bloccata e collegata nuovamente alla testata d’infissione. L’operazione di estrazione, inoltre, deve essere effettuata nel più breve tempo possibile onde evitare il possibile collasso del perforo.

Infine si è proceduto all’installazione del piezometro nel perforo realizzato per questa operazione; era stata preventivamente preparata una serie di tubi in pvc del diametro di 3 cm, opportunamente fessurati manualmente e chiusi nella porzione terminale con un tappo in legno accuratamente fissato per evitarne l’intasamento.

L’inserimento dei tubi ha dato alcune difficoltà per il collasso delle pareti del perforo; si è quindi proceduto alla percussione manuale tramite un mazzuolo per completarne l’inserimento. La massima profondità raggiunta dai piezometri è di circa 4 m. L’istallazione è stata conclusa proteggendo l’estremità del tubo ispezionabile con l’applicazione di un tappo e di un chiusino in cemento posto all’altezza del terreno (fig.

7.3).

Fig. 7.3– Chiusino di protezione del tubo piezometrico e freatimetro per la misura del livello della falda.

Fig. 7.2- Incastellatura del Penetrometro.

Piedi stabilizzatori

Maglio

Asta di perforazione

7.2– Campagne piezometriche

In questo lavoro di tesi sono state realizzate due campagne piezometriche, nei due periodi dell’anno, Ottobre 2006 e maggio 2007, corrispondenti in generale ai livelli minimi (magra) e massimi (morbida) della falda freatica in relazione alla pluviometria della zona, in quanto l’alimentazione della falda stessa è strettamente condizionata dall’infiltrazione meteorica locale.

Di seguito vengono riportati i grafici delle precipitazioni mensili negli anni 2004, 2005, 2006 e nei primi 9 mesi del 2007; i dati (concessi dal Centro Funzionale Regionale) sono rilevati da due pluviometri, il primo situato alla foce dell’Arno (fig. 7.4) ed il secondo in località Coltano (fig. 7.5).

Fig. 7.4 – Valori pluviometrici mensili alla stazione di Bocca d’Arno.

Fig. 7.5 – Valori pluviometrici

mensili alla stazione di Coltano.

Considerando l’inerzia con cui la falda risponde alla ricarica delle piogge, per cui la ricarica invernale si somma a quella primaverile, l’andamento pluviometrico nell’insieme bimodale (con due massimi e due minimi rispettivamente primaverile-autunnale ed estivo-invernale) si traduce in un andamento unimodale dei livelli di falda con un massimo ed un minimo corrispondenti ai periodi di campionamento prescelti.

Le misure piezometriche dovrebbero essere effettuate in situazione statica della falda in modo da poter rappresentare nel miglior modo possibile una situazione naturale del livello freatico. I problemi maggiori in questo senso si sono verificati nelle aree più urbanizzate di Marina di Pisa e di S. Piero dove gli emungimenti sono maggiori.

Le misure del livello piezometrico della falda freatica sono state ottenute utilizzando un freatimetro a circuito elettrico munito di tester, mediante il quale si misura la distanza tra il pelo libero dell’acqua e la sommità del pozzo; se a questo valore viene sottratta l’altezza del boccapozzo si ottiene la soggiacenza. Per avere il valore del livello piezometrico (nel caso in esame freatimetrico) si deve riferire la soggiacenza al livello marino medio, sottraendo alla quota del piano campagna il valore della soggiacenza. I valori della quota del piano campagna sono stati ottenuti dalla cartografia CTR al 2000 avente maggior precisione e dalla cartografia CTR al 10000 per i restanti punti ove la cartografia più dettagliata non era completa.

Un grave limite alle ricostruzioni piezometriche è però rappresentato dai margini di approssimazione con i quali sono state stabilite le quote dei punti d’acqua, che a loro volta si traducono in problemi di indeterminazione nei rapporti altimetrici tra livelli piezometrici stessi rispetto a quelli idrometrici, con le conseguenti problematiche nella definizione dei rapporti fiume/falda. Inoltre le quote idrometriche, oltre ai margini di errore derivanti dalla livellazione “topografica” mostrano incongruenze con i dati strumentali (per quanto riguarda il Fiume Arno, riferiti alla stazione di Bocca d’Arno ed alla stazione di Pisa Sostegno) forniti dal Centro Funzionale Regionale, non depurati peraltro dall’influenza delle piene, delle maree e delle onde. Nelle elaborazioni piezometriche relative ai rapporti fiume-falda, abbiamo quindi ritenuto opportuno di non tener conto di tali dati idrometrici in modo vincolante, ma soltanto indicativo e integrativo delle risultanze idrochimiche.

Nelle due tabelle seguenti vengono riportati rispettivamente i dati piezometrici e le caratteristiche tecniche dei pozzi e dei piezometri censiti (tab. 1) indicati nelle successive figg.

7.6 e 7.7 per le due campagne di misura, nonché i dati delle misurazioni idrometriche

effettuate per le acque superficiali (tab. 2). Per ogni punto analizzato i dati rilevati sono stati

immessi, assieme alle principali informazioni anagrafiche, all’interno di tabelle Excel ed in

seguito elaborati e raccolti in un Geodatabase.

Fig. 7.6 – Livelli piezometrici relativi al mese di Ottobre 2006.

Fig. 7.7 – Livelli piezometrici relativi al mese di Maggio 2007.

7.2.1– Discussione dei dati piezometrici puntuali

Da un’analisi preliminare dei dati puntuali nelle due campagne di misura (vedi precedenti figg. 7.6 e 7.7) si può osservare la permanenza di valori piezometrici rispetto al livello medio del mare, sia positivi che negativi, nelle stesse aree, ad eccezione della zona di S.Piero dove si passa da un livello minimo di -0,60 m, relativo al periodo di magra, ad un livello massimo di 0,90 m relativo al periodo di morbida; ciò è probabilmente imputabile ad emungimenti locali più intensi nel periodo siccitoso.

Nella parte centrale dell’area di studio (Zona B), la persistenza di valori negativi nei due periodi considerati (con minimi rispettivamente di -1,25 m e di -1,30 m) è anche in questo caso imputabile ad emungimenti locali; tale zona è infatti adibita alla coltivazione di numerosi orti privati i quali sfruttano l’acquifero freatico a scopo irriguo.

Nell’area di Marina di Pisa (Zona C) i valori positivi confermano la presenza di un alto piezometrico in corrispondenza delle dune costiere.

Per quanto riguarda la zona in destra d’Arno (Zona A), i valori negativi registrati in entrambe le campagne sono simili ai corrispondenti valori rilevati nei periodi di Settembre- Ottobre 2005 e Maggio 2006 nello studio di Tesi di Francini (2006); nella suddetta tesi viene specificato che (sulla base dei valori piezometrici puntuali e delle caratteristiche idrochimiche rilevate) la zona in destra ed adiacente al Fiume Arno è sede di probabili falde sospese; ciò potrebbe riguardare la parte centrale della zona A, dove tra pozzi vicini si hanno valori piezometrici molto diversi (anche se tutti negativi). Le differenze dei livelli piezometrici (fig.

7.8) tra i due periodi di morbida e di magra considerati non sono risultate tutte dello stesso

segno, come sarebbe da aspettarsi in base agli andamenti stagionali della falda; ciò ha portato

ad escludere l’elaborazione della relativa carta ad isolinee il cui significato risulterebbe

problematico, a causa delle incertezze (vedi precedente paragrafo) insite nei dati piezometrici

ed altimetrici. Ci siamo limitati pertanto a riportare in carta le differenze puntuali, dalle quali

discendono le seguenti considerazioni. I massimi incrementi stagionali si verificano nella

Zona A, dove si ha un innalzamento del livello piezometrico, pari a 0,90 metri, ed in località

S. Piero (Zona B), dove tale innalzamento è pari a 1,44 m. Da questa località, dirigendoci

verso la costa, si può notare come i valori diminuiscano fino ad arrivare a zero in alcuni punti

in sinistra d’Arno e altrove nel campo negativo avvicinandoci all’impianto idrovoro ed

all’abitato di Marina di Pisa. Tali i valori negativi compresi tra – 0,07 m e tra – 0,30 m,

rispettivamente a sud e a nord di Marina di Pisa, potrebbero essere imputabili ad un effetto

combinato, dovuto sia al funzionamento dell’idrovora, che ha il ruolo di mantenere un certo

Fig. 7.8 – Differenza stagionale dei livelli piezometrici (Maggio 2007- Ottobre 2006).

livello di base delle acque nella rete di canali di drenaggio ad essa collegati, sia agli emungimenti di pozzi privati nelle zone più urbanizzate come appunto Marina di Pisa.

7.3– Realizzazione delle carte piezometriche

I dati piezometrici puntuali sono stati elaborati nelle due carte piezometriche stagionali, interpolandoli tra loro con il metodo della triangolazione e tracciando le linee isofreatiche, ovvero quelle linee contenenti punti con uguale quota, riferita al livello medio mare. In questa ricostruzione non sono stati considerati i dati in Zona A e quelli in località S. Piero, poiché, a causa della scarsità e della disomogenea distribuzione dei punti di misura, non è stato possibile interpolarli con i dati restanti; nelle due carte piezometriche sono state perciò escluse le due zone citate.

Con il metodo della triangolazione si collegano attraverso segmenti i vari punti sperimentali fino ad ottenere una rete a maglia triangolare. Su ogni punto si vanno poi ad identificare dei valori fittizi, in funzione di una interpolazione lineare dei dati sperimentali ed ammettendo gradienti idraulici costanti lungo i segmenti stessi. Successivamente si tracciano le isofreatiche con un’equidistanza da stabilire in funzione della scala d’indagine e dell’intervallo piezometrico registrato; nel nostro caso l’equidistanza tra isofreatiche è stata fissata in 0,25 m.

Abbiamo altresì considerato come perno della ricostruzione piezometrica, nell’area di influenza dell’idrovora di Marina di Pisa, il livello imposto alla vasca di pompaggio, nella quale sbocca la rete dei canali di drenaggio, costituendone quindi il livello di base; tale“quota idrometrica media presunta” (circa -1 metro da l.m.m.) è stata ottenuta dalla consultazione dei dati forniti dal Consorzio di Bonifica-Ufficio dei Fiumi e Fossi di Pisa, il quale ha messo a disposizione la documentazione tecnica riguardo all’impianto idrovoro, ed in particolare la quota idrometrica a cui iniziano i pompaggi (le dinamiche di pompaggio saranno illustrate in dettaglio nel successivo capitolo 10, riguardante il bilancio idrogeologico del bacino di drenaggio dell’idrovora).

E’ da premettere che, nella ricostruzione piezometrica, si è dovuto far largo uso di tratti di

isolinee presunte-interpretative, a causa della più volte ricordata carenza delle quote di

riferimento.

7.3.1–Campagna di Ottobre 2006

La superficie piezometrica relativa alla carta del periodo di Ottobre 2006 (fig. 7.9)

presenta tre zone di massimo piezometrico, due delle quali (valori massimi rilevati

rispettivamente di 0,81 m e 0,32 m) sono allineate lungo i depositi sabbiosi del sistema dunare

costiero in località Marina di Pisa (la piezometria relativa alla zona del porto di Marina di

Pisa, Zona C, sarà trattata in seguito in modo più dettagliato), dove è favorita la ricarica

meteorica diretta; tali alti idromorfologici non sono però centrati sul sistema dunare stesso,

per un effetto combinato (riduzione dell’infiltrazione meteorica – livellamento dei rilievi

dunari) prodotto dall’abitato di Marina di Pisa. Il terzo alto idromorfologico (valore massimo

rilevato di 0,57 metri), ubicato in sinistra d’Arno in prossimità della foce, è interpretabile

come effetto differenziale di due adiacenti minimi piezometrici individuati alle spalle del

sistema dunare costiero (nella vasta area delle Colmate d’Arnino). Questi ultimi fanno parte

dell’ insieme dei tre minimi piezometrici chiusi sotto il livello medio del mare: a) il primo,

adiacente alla sponda sinistra del Fiume Arno (in località Fattoria Arno Vecchio), presenta un

minimo rilevato di -0,88 m ed è imputabile alla presenza di emungimenti per l’irrigazione di

campi coltivati; b) il secondo (minimo piezometrico registrato di -1,30 m) si trova in

corrispondenza della parte centrale di un alveo abbandonato dell’Arno (Taglio Ferdinandeo,

vedi cap. 4 par. 1.1) nonché di una zona topograficamente depressa a causa degli scavi

effettuati in una cava di sabbia presente in quella zona, ma oggi non più attiva. In quest’area

la geometria della depressione piezometrica è condizionata sia dalla morfologia descritta che

dagli emungimenti usati per irrigare una fitta serie di orti privati (come già accennato nel

precedente paragrafo); c) Il terzo, ed è arealmente la più vasta depressione, ha come minimo

piezometrico il valore di –1 m rispetto al suddetto livello di base (all’interno della vasca di

pompaggio dell’impianto idrovoro di Marina di Pisa) che, unitamente al sistema dei canali di

drenaggio, regola presumibilmente gli andamenti idromorfologici.

7.3.2–Campagna di Maggio 2007

Nella carta piezometrica relativa al periodo di morbida (Maggio 2007) della fig. 7.10, possiamo osservare che l’ idromorfologia rimane sostanzialmente invariata rispetto ad Ottobre 2006. Permangono infatti le tre zone di alto piezometrico precedentemente descritte, anche se alcuni dei valori massimi registrati sono più bassi rispetto al periodo di magra, come già visto nelle differenze stagionali dei livelli piezometrici puntuali (fig. 7.8),

In particolare, per i due alti piezometrici posti lungo il sistema dunare costiero si registrano rispettivamente valori del livello piezometrico pari a 0,51 m, con un abbassamento di 30 cm, per quello ubicato nella zona nord di Marina di Pisa, e 0,25 m, con un abbassamento di 7 cm, per quello ubicato più a sud, in direzione Tirrenia.

Per la terza zona, adiacente all’Arno, il valore massimo misurato è di 0,42 m, con un decremento di 15 cm.

Sempre rispetto al periodo di magra, persistono l’ubicazione e la morfologia dei tre minimi piezometrici chiusi sotto il livello medio del mare, posti alle spalle del sistema dunare costiero.

Per la depressione chiusa, anch’essa adiacente alla sponda sinistra del fiume Arno, i livelli piezometrici sono identici a quelli registrati nella precedente campagna di magra, mentre per quella situata in prossimità dell’alveo abbandonato del Fiume Arno si registra un minimo assoluto di -1,25 m, con un incremento di 5 cm rispetto ad Ottobre 06.

La depressione piezometrica più vasta, controllata dalla rete dei canali di drenaggio

dell’idrovora, rimane sostanzialmente invariata.

7.4– Considerazioni conclusive

L’anomalia del valore delle differenze dei livelli piezometrici tra il periodo di morbida e di magra è ristretta alla zona compresa tra gli alvei abbandonati dell’Arno ed il centro abitato di Marina di Pisa; in quest’area nel rapporto tra ricarica e discarica della falda risulta prevalente l’effetto degli emungimenti. Di fatto il maggior numero di pozzi privati è ubicato nella zona di Marina di Pisa, dove si ha quindi un maggiore sfruttamento dell’acquifero freatico; a ciò, dobbiamo comunque aggiungere l’influenza dell’attività dell’impianto idrovoro che, se al momento del rilievo della campagna di Maggio fosse stato funzionante, potrebbe aver contribuito al verificarsi di questa anomalia stagionale.

Per la zona in destra d’Arno, nella già citata Tesi di Francini (2006), vengono evidenziate

la variabilità e la disomogeneità litologica di quell’area mettendo in evidenza che pozzi vicini,

peraltro caratterizzati da simili profondità, possono intercettare corpi idrici sostanzialmente tra

loro indipendenti (falde sospese) o che risiedono in terreni con differente grado di

permeabilità; potrebbero essere così giustificati i differenti valori sia piezometrici che di

ricarica stagionale registrati per i tre pozzi vicini, nell’area centrale della Zona A.