CAPITOLO 2
MODELLO CONCETTUALE
La gestione delle risorse idriche fa oggi largamente utilizzo di modelli matematici. La realizzazione di un modello matematico affidabile deve, comunque, basarsi su un “solido” modello concettuale, che tenga conto degli aspetti geologici‐stratigrafici, idrogeologici e geochimici‐isotopici. In tal senso, nei prossimi paragrafi saranno descritti gli aspetti geologici‐strutturali del sistema acquifero in studio sulla base delle informazioni stratigrafiche disponibili nelle Banca Dati Sottosuolo della Regione Toscana (BDSRI) e saranno trattati gli aspetti idrogeologici e geochimici‐isotopici. Relativamente a quest’ultimi sono stati elaborati principalmente i risultati ottenuti da studi di letteratura (Doveri et al., 2009; Giusti, 2006; Duchi, 1985), nonché nuovi dati prodotti nel corso di questa tesi, in particolare, sono stati effettuati slug tests per la determinazione della permeabilità idraulica dell’acquifero laddove i dati di letteratura risultavano essere carenti.
2.1 Assetto idrostrutturale
L’assetto idrostrutturale della Pianura Versiliese, come dettagliatamente descritto nel capitolo 1.3, è definito da una copertura impermeabile (P e C1), presente esclusivamente nella parte interna della pianura, e da quattro livelli acquiferi, di cui tre in sabbia (S1, S2, S3) ed uno in ghiaia (G), da ritenersi separati per la presenza degli acquicludi C2, C3
e C4 che esercitano l’azione di substrato impermeabile rispettivamente per i livelli S1, S2, S3. L’acquifero oggetto di questo studio coincide con il primo acquifero freatico in sabbia (S1, di seguito denominato acquifero) delimitato alla base dall’interstrato di argille (C2, di seguito definito substrato). Le informazioni stratigrafiche utilizzate sono state reperite nella Banca Dati Sottosuolo della Regione Toscana (BDSRI); nella fattispecie sono stati analizzati criticamente 76 sondaggi. Una ricostruzione del sistema acquifero in esame era stata effettuata anche nella tesi di Giusti (2006), e successivamente ripresa da Doveri et al. (2009). Il maggior numero di stratigrafie disponibili attualmente, rispetto a quando sono stati svolti i suddetti lavori ha permesso di ricostruire con maggiore dettaglio le geometrie del sistema acquifero grazie alla realizzazione di un maggior numero di sezioni idrogeologiche. In particolare, come possibile osservare in figura 2.1, sono state elaborate 9 sezioni idrogeologiche: 5 trasversali (T1‐T2‐T3‐T4‐T5), e 4 longitudinali (LA‐LB‐LC‐LD) alla linea di costa, tali sezioni saranno di seguito descritte, partendo da quelle trasversali (da nord a sud) e proseguendo con le longitudinali (da est ad ovest).
Va precisato che nelle sezioni suddette la scala verticale è stata esagerata per una migliore visualizzazione delle stesse e che i passaggi tra i diversi orizzonti litostratigrafici sono stati rappresentati come un limite netto mentre in natura tale passaggio avviene gradualmente e per alternanze.
Figura 2.1: tracce delle sezioni trasversali e longitudinali alla linea di riva (per la geologia si rimanda alla figura 1.14 del cap.1)
Sezione T1 – è la sezione posta all’estremità nord dell’area in prossimità del Canale Burlamacca. Dall’analisi della sezione è possibile osservare come l’acquifero sia costituito prevalentemente da uno spessore di sabbie a granulometria da media a fine che appoggia su un substrato impermeabile di argille. La profondità a cui viene intercettato quest’ultimo varia lungo tutta la sezione partendo da circa 26 m ad ovest, si approfondisce nella porzione centrale fino a circa 55 m, infine ad est raggiunge circa i 30 m. Il sondaggio 29 intercetta uno spessore importante di limi argillosi (da circa 21 m a 36 m), riconosciuto anche nella sezione longitudinale LD, ed è stato quindi interpretato come una lente di limi argillosi all’interno delle sabbie.
Sezione T2 – in questa sezione fra l’acquifero in sabbie individuato precedentemente e le argille sottostante si interpone un orizzonte di sabbie con una maggiore percentuale di limi, il quale, pur avendo una permeabilità medio‐bassa insieme alle sabbie sovrastanti va a costituire l’acquifero freatico in studio. L’orizzonte costituito da sabbie limose ha uno spessore variabile passando da 11 m (verso costa),ai circa 20 m nella porzione centrale e riassottigliandosi verso est fino a non essere intercettato dall’ultimo sondaggio della sezione. Nell’estremità ad ovest della sezione è possibile poi osservare anche una lente superficiale di sabbie limose spessa circa 5 m. Il substrato impermeabile presenta lo stesso andamento della sezione precedente, ma con profondità massime di 35 m.
Sezione T3 – il substrato argilloso, che si approfondisce verso est arrivando fino a 35 m di profondità, è sovrastato da uno strato continuo e potente di sabbie limose con uno spessore che raggiunge anche i 25 m nel sondaggio 80. Al di sopra di questo orizzonte sono presenti le sabbie che solo localmente, estremità ad est della sezione, sono sovrastate da una lente di sabbie limose.
Sezione T4 – l’organizzazione litologico‐stratigrafica è fondamentalmente la stessa della sezione precedente, ovvero substrato impermeabile, sabbie limose, sabbie e lenti superficiali di sabbie limose, a meno della presenza di una lente di limi (circa 7 m di spessore), interposti fra le argille e le sabbie limose.
Sezione T5 – la lente di limi, riconosciuta nella sezione precedente, in questa sezione si presenta con uno spessore maggiore (oltre 20 m) e una maggiore estensione, infatti solo i due sondaggi posti all’estremità opposte della sezione non la intercettano. A diretto contatto con questa lente di limi sono presenti al di sopra e lateralmente le sabbie limose con spessori massimi di 6 m, quest’ultime sono completamente assenti all’estremità occidentale della sezione.
Sezione longitudinale LA – è la sezione più prossima alla linea di costa, il substrato impermeabile mantiene più o meno la stessa profondità per tutta la sezione arrivando massimo a 25 m. Sono presenti sia lo strato di sabbie che lo strato di sabbie limose sottostante, quest’ultimo non è continuo ed è assente alle estremità sud e nord. È inoltre presente una lente di sabbie limose in affioramento, intercettata dai sondaggi BB41 e 14, la stessa che intercetta la T2 all’estremità occidentale.
Sezione longitudinale LB – sulla base dei sondaggi 78 e 29 (che intercettano le argille ad una profondità di 32.5 e 55 m rispettivamente) è stato ipotizzato un approfondimento della base impermeabile dell’acquifero verso nord. Inoltre è possibile notare la presenza di 2 lenti di limi, il primo, a sud, interposto fra il substrato e le sabbie limose sovrastanti, e il secondo, a nord, all’interno delle sabbie.
Sezione longitudinale LC – presenta la stessa organizzazione lito‐stratigrafica della precedente indicando un’omogeneità del sistema acquifero in questa porzione centrale dell’area di studio. L’unica differenza è la presenza di una lente superficiale di sabbie limose (la stessa intercettata dalla T5 nella sua porzione centrale).
Sezione longitudinale LD – questa è la sezione posta all’estremità orientale dell’area, la lente di limi a sud non viene intercettata, mentre quella a nord risulta essere probabilmente a diretto contatto con il substrato impermeabile. Inoltre è stato individuato lo strato di sabbie limose con spessori che variano dai 3m fino a 25 m nella porzione centrale della sezione, per poi scomparire all’estremità settentrionale della sezione.
Considerando il sistema idrogeologico nel complesso, possiamo affermare che le sabbie e le sabbie limose costituiscono l’acquifero freatico in studio, e che le prime, a differenza delle seconde, sono continue e con notevoli spessori (da 6m a circa 30 m). In particolare, nella porzione settentrionale, l’acquifero è composto esclusivamente dalle sabbie; mentre spostandosi verso sud, quest’ultime poggiano sullo strato di sabbie limose sottostanti con spessori massimi di circa 20 m. Importante è, inoltre, la presenza di un acquitardo discontinuo e generalmente molto spesso (15‐20 m) composto da limi e limi argillosi alle estremità meridionale (dove si ritrova immerso nello strato di sabbie) e settentrionale (in cui è a contato diretto con il substrato impermeabile) dell’area di studio. Il substrato impermeabile argilloso è presente con continuità al di sotto dell’acquifero a profondità medie di 20‐30 m, approfondendosi nel settore a NE fino a profondità dell’ordine dei 50 m (Figura 2.3). I limi che formano le lame interdunali, rappresentati nella carta geologica, non sono mai stati registrati nei sondaggi stratigrafici a nostra disposizione e sono ormai quasi assenti a causa dell’urbanizzazione dell’area e dal rimaneggiamento operato dalle colture agricole (Doveri et al., 2009).
2.2 Piezometrie e parametri idraulici
2.2.1 Analisi dati piezometrici
Per la ricostruzione del livello di falda dell’area in esame vengono utilizzati ed elaborati i dati delle due campagne piezometriche effettuate ad Ottobre 2005 e Maggio 2006 nel lavoro di Doveri et al. (2009). Sono stati scelti questi periodi poiché corrispondono rispettivamente ad un periodo di magra e di morbida in modo tale da avere una caratterizzazione della falda sia in condizioni di minimo che di massimo livello. In totale sono stati censiti 56 punti di campionamento tra pozzi romani, piezometri, pozzi infissi ed acque superficiali, tutti individuati tramite la sigla BB che sta ad indicare la zona compresa tra il Canale Burlamacca ed il Fosso della Bufalina, ed un numero progressivo da 1 a 56. Nello specifico, per la campagna di ottobre sono stati utilizzati 24 punti di misura, mentre, per il periodo di morbida ne sono stati utilizzati 30, il maggior numero è dovuto all’integrazione avuta in seguito alla realizzazione dei nuovi piezometri nel periodo intercorso tra le due campagne. In tabella 2.1 è riportato l’elenco dei punti di campionamento per entrambe le campagne, con i rispettivi valori del livello piezometrico e dei parametri fisico‐chimici (temperatura, ph e conducibilità) misurati in concomitanza alla campagna piezometrica; mentre in figura 2.4 sono riportate le ubicazioni dei punti. Tutti i punti di misura attingono dall’ acquifero freatico dato che hanno profondità compresa tra 1,65 m e 30,65 m. La misura è stata effettuata dalla quota del boccapozzo fino al livello del pelo libero dell’acqua tramite un freatimetro, se al valore ottenuto viene sottratta l’altezza del boccapozzo si ottiene la soggiacenza. Per avere il livello piezometrico si deve riferire la soggiacenza al livello medio marino. Infine oltre ai dati dei livelli freatimetrici sono stati misurati anche 6 livelli idrometrici, per poter avere in maniera diretta un paragone sui rapporti fiume‐falda.
Figure 2.4: ubicazione dei punti di misura
Tabella 2.1: campagne piezometriche e misura dei parametri fisico‐chimici dell’Ottobre 2005 e Maggio 2006 CODICE PUNTO TIPO DIAMETRO (cm) PROFONDITA' (m) CAMPAGNA OTTOBRE (2005) CAMPAGNA MAGGIO 2006 LIV.PIEZ. /IDRO (m.s.l.m.) CONDUC. (μS/cm a 20°C) pH T(°C) LIV.PIEZ./IDRO (m.s.l.m.) CONDUC. (μS/cm a 20°C) pH T(°C) BB1 Pozzo 6,00 730 6,95 16,9 802 7,66 16,0 BB2 Acqua sup. 3,02 0,08 4910 7,83 14,6 BB3 Pozzo 6,00 672 7,26 18,8 786 7,33 19,4 BB4 Pozzo 8,00 1504 7,12 17,1 1728 7,10 15,7 BB5 Pozzo 1348 7,12 17,1 BB6 Piezometro 7,50 8,24 0,50 502 7,14 20,8 0,86 627 7,26 15,6 BB7 Piezometro 7,50 26,25 0,87 8410 8,10 15,4 1,48 5200 8,15 15,7 BB8 Pozzo 8,00 763 7,40 18,0 696 7,40 15,8 BB9 Pozzo 7,20 686 7,20 17,2 664 7,46 14,9 BB10 Pozzo 5,33 0,75 634 7,25 18,6 BB11 Piezometro 7,50 20,25 0,68 790 7,36 19,1 0,96 568 7,53 15,4 BB12 Pozzo 3,00 6,00 596 7,14 18,9 780 7,50 14,2 BB13 Pozzo 80,00 1,65 0,05 484 7,66 17,9 0,16 543 7,65 14,0
CODICE PUNTO TIPO DIAMETRO (cm) PROFONDITA' (m) CAMPAGNA OTTOBRE (2005) CAMPAGNA MAGGIO 2006 LIV.PIEZ. /IDRO (m.s.l.m.) CONDUC. (μS/cm a 20°C) pH T(°C) LIV.PIEZ./IDRO (m.s.l.m.) CONDUC. (μS/cm a 20°C) pH T(°C) BB14 Pozzo 6,00 1553 7,26 18,7 BB15 Pozzo 100,00 2,13 0,46 560 7,46 18,2 0,72 739 7,58 14,4 BB16 Pozzo 6,00 0,04 743 7,32 17,9 0,09 802 7,48 15,1 BB17 Piezometro 7,50 6,03 0,16 933 7,02 20,8 0,28 453 7,18 15,5 BB18 Acqua sup. 0,10 18340 7,36 20,4 0,18 17090 7,56 18,2 BB19 Acqua sup. 0,35 11430 7,43 20,7 0,25 4910 7,51 18,3 BB20 Pozzo 12,50 732 6,98 19,8 903 7,44 15,9 BB21 Pozzo 1937 6,93 17,8 1457 7,26 18,3 BB22 Pozzo 3,00 4,51 0,98 644 7,06 18,1 1,27 789 7,41 15,9 BB23 Pozzo 6,00 837 7,29 20,4 938 7,36 16,9 BB24 Piezometro 21,00 30,60 0,02 590 8,48 17,9 0,02 17420 8,16 15,2 BB25 Pozzo 8,00 6,00 864 7,12 18,5 710 7,29 15,7 BB26 Pozzo 6,00 496 7,72 19,8 542 7,61 17,3
CODICE PUNTO TIPO DIAMETRO (cm) PROFONDITA' (m) CAMPAGNA OTTOBRE (2005) CAMPAGNA MAGGIO 2006 LIV.PIEZ. /IDRO (m.s.l.m.) CONDUC. (μS/cm a 20°C) pH T(°C) LIV.PIEZ./IDRO (m.s.l.m.) CONDUC. (μS/cm a 20°C) pH T(°C) BB29 Pozzo 6,00 663 6,96 22,0 647 7,47 18,4 BB30 Pozzo 8,00 698 7,37 19,7 820 7,40 16,2 BB31 Pozzo 3,00 6,00 1,03 567 7,63 18,7 1,31 621 7,51 16,2 BB32 Pozzo 6,00 714 7,62 19,3 761 7,34 17,5 BB33 Pozzo 6,00 1023 7,20 18,9 1326 6,57 15,4 BB34 Pozzo 744 7,47 16,5 905 7,37 16,0 BB35 Pozzo 6,00 612 7,12 20,9 BB36 Pozzo 511 7,20 19,1 706 7,47 15,7 BB37 Pozzo 618 7,35 21,9 679 7,12 16,6 BB38 Pozzo 781 7,44 18,4 683 6,60 15,0 BB39 Piezometro 7,50 4,56 ‐0,19 832 7,80 18,3 ‐0,06 BB40 Piezometro 7,50 23,47 0,43 1583 7,59 18,3 0,45 1270 7,38 14,5 BB41 Piezometro 7,50 19,80 0,48 663 7,21 17,3 0,81 1487 7,74 14,7 BB42 Acqua sup. 6410 7,94 18,5 2940 8,20 20,3 BB43 Pozzo 72,00 2,04 0,39 512 6,53 18,3 0,45 401 7,87 15,1
CODICE PUNTO TIPO DIAMETRO (cm) PROFONDITA' (m) CAMPAGNA OTTOBRE (2005) CAMPAGNA MAGGIO 2006 LIV.PIEZ. /IDRO (m.s.l.m.) CONDUC. (μS/cm a 20°C) pH T(°C) LIV.PIEZ./IDRO (m.s.l.m.) CONDUC. (μS/cm a 20°C) pH T(°C) BB44 Piezometro 5,00 20,00 0,22 307 6,38 19,9 0,14 1372 7,46 15,6 BB45 Pozzo 3,50 5,41 0,42 0,10 BB46 Pozzo 49,00 2,11 912 7,52 17,7 1130 7,41 15,3 BB47 Acqua sup. 0,20 3820 7,33 17,2 0,15 3610 8,06 20,4 BB48 Acqua sup. 760 6,85 17,1 707 7,58 18,6 BB49 Pozzo 80,00 1,90 1,16 1085 6,92 18,5 0,67 1185 7,55 14,0 BB50 Pozzo 100,00 1,91 1,33 760 7,05 16,0 BB51 Piezometro 3,20 3,53 0,87 534 6,59 18,1 BB52 Piezometro 3,20 3,00 1,03 868 7,41 14,6 BB53 Piezometro 3,20 2,96 0,60 937 7,49 16,3 BB54 Piezometro 3,20 2,70 0,92 877 7,20 16,6 BB55 Piezometro 3,20 1,37 BB56 Piezometro 3,20 1,22
I dati piezometrici e idrometrici raccolti sono stati interpolati con il metodo della triangolazione, ottenendo due carte piezometriche relative alle due campagne di misura (Ottobre 2005 e Maggio 2006, Figure 2.5 e 2.6). Per quanto riguarda i parametri fisico‐chimici, quest’ultimi saranno trattati nel capitolo seguente relativo alla caratterizzazione geochimica.
Nella carta relativa alla campagna di Ottobre 2005 (Figura 2.5) si possono notare due minimi piezometrici: il minimo assoluto è caratterizzato da valori di circa ‐0,20 m s.l.m e si registra nell’area di Marina di Torre del Lago probabilmente a causa degli emungimenti estivi dai pozzi degli stabilimenti balneari; l’altro minimo, con valori dei livelli freatici prossimi allo zero, è posto in corrispondenza del Fosso Le Quindici, nella zona in cui si trovano numerose aziende florovivaistiche con pozzi che, in particolar modo nel periodo Marzo‐Ottobre, vengono utilizzati quotidianamente. È possibile inoltre osservare una zona con massimi relativi, disposta parallelamente alla linea di costa, su tutta l’area corrispondente all’alto morfologico rappresentato dalle dune costiere in cui la ricarica probabilmente avviene per infiltrazione dell’acqua meteorica attraverso le sabbie permeabili.
I bassi valori dei gradienti idraulici sono in media con i gradienti delle pianure alluvionali‐marine costiere: in particolare, in corrispondenza del Canale Burlamacca sono stati calcolati gradienti aventi i valori più elevati della zona, pari a 0,3% ‐ 0,4%; mentre i gradienti invece per l’area centrale hanno valori variabili compresi tra 0,1% e 0,2%. Secondo questi parametri la circolazione delle acque sotterranee risulta piuttosto limitata, attivata principalmente dagli emungimenti (aree corrispondenti ai minimi piezometrici) che svolgono appunto un’azione di richiamo.
Figura 2.6: Carta piezometrica della campagna di morbida (Maggio 2006)
Nella carta relativa alla campagna di Maggio 2006 (Figura 2.6), corrispondente al periodo di morbida, la realizzazione dei nuovi piezometri ha potuto fornire un maggior dettaglio lungo la fascia costiera. Dalla carta si può notare un’importante ricarica nella porzione corrispondente all’alto morfologico descritto in precedenza, con espansione delle linee isofreatiche corrispondenti ai valori di 1,00 m. In questa campagna si
individuano due massimi assoluti corrispondenti all’isofreatica di 1,25 m: il massimo più settentrionale si colloca dalla periferia di Viareggio e raggiunge Villa Borbone, quello più meridionale si dispone parallelamente al Fosso della Bufalina nell’area della Macchia Lucchese. In prossimità della costa si ha la presenza di due minimi molto ristretti, uno in corrispondenza degli stabilimenti balneari, come già evidenziato nella stagione di magra, l’altro nelle vicinanze della foce del Fosso della Bufalina. Il minimo assoluto si registra in corrispondenza delle già menzionate aziende florovivaistiche, in questa situazione di elevati emungimenti si ha un possibile richiamo di acqua dal Fosso Le Quindici e dal sistema di laghi artificiali. I valori dei gradienti sono confrontabili con la situazione di magra, eccetto nei pressi della darsena di Viareggio che presenta valori di poco maggiori di 0,4%.
Per quanto riguarda infine i rapporti fiume falda è possibile osservare che, ad esclusione del tratto limitrofo al Fosso Le Quindici a ridosso dell’area piezometricamente depressa, dove è possibile una ricarica da parte del fosso, in generale i fossi sembrano drenare la falda.
2.2.2 Parametri idraulici
Per quanto riguarda i parametri idraulici dell’acquifero in studio, per integrare i dati disponibili in letteratura (Duchi, 1985), sono state effettuate ulteriori prove di campagna (slug test) (Figura 2.7) per la determinazione, nello specifico, della conducibilità idraulica (k).
Figura 2.7: In rosso i piezometri su cui sono stati eseguiti gli slug test e in nero i punti dove sono disponibili valori
Gli slug test
Si definisce slug test una prova di falda eseguita in maniera da produrre un’istantanea variazione del livello statico in un pozzo o piezometro e misurare il recupero del livello originario in funzione del tempo (Di Molfetta e Sethi, 2001). Ciò si può ottenere in diversi modi ma quello più usato consiste nell’introduzione (o estrazione) di un volume noto di acqua, o di un solido di forma cilindrica nel foro. La prova può essere, infatti, eseguita sia aumentando bruscamente il livello e monitorando il conseguente declino (test di declino o con carico decrescente), sia producendo una brusca diminuzione e monitorando la conseguente risalita (test di risalita o con carico crescente). A parità di volume utilizzato, la velocità di ripristino del livello originario sarà direttamente correlata alla conducibilità idraulica dell’acquifero testato. Solitamente per il calcolo dei parametri idraulici vengono ritenuti più attendibili i risultati della prova a carico crescente in quanto nella prima (a carico decrescente) la prova potrebbe interessare anche una parte della zona insatura restituendo un valore sovrastimato di K.
Come prove in situ per la determinazione della conducibilità idraulica è stato deciso di effettuare gli slug test in quanto permettono un’esecuzione rapida e semplice, hanno un costo minore rispetto agli altri tipi di prove e, inoltre, non richiedono la disponibilità di pompe e attrezzature complesse né di un pozzo di osservazione diverso dal pozzo attivo. Per contro il flusso indotto è molto limitato e quindi la conducibilità idraulica ottenuta è rappresentativa del solo intorno del piezometro e non di area vasta.
La strumentazione necessaria è costituita da un freatimetro per misurare il livello statico nel piezometro in prova, da una sonda multiparametrica per la misura automatica del livello piezometrico durante la prova, da posizionare opportunatamente all’interno del foro (in seguito denominata diver), e di un solido di forma cilindrica da inserire nel piezometro per provocare la variazione di livello (in seguito denominato slug). Sulla base delle caratteristiche del piezometro (diametro e profondità) vengono stabiliti dimensione e numero di slug da usare.
quelli di Hvorslev (1951) per gli acquiferi confinati, Bouwer e Rice (1976) per quelli non confinati come nel nostro caso. Il metodo di Bouwer e Rice Si consideri un piezometro in un acquifero non confinato come in figura 2.8: Figura 2.8: parametri geometrici di un piezometro in acquifero non confinato (da Bouwer, 1989) La teoria di Bouwer e Rice si basa sulle seguenti assunzioni (Di Molfetta e Sethi, 2001): ‐ l’acquifero è omogeneo e isotropo; ‐ è valida la legge di Darcy; ‐ l’acquifero è illimitatamente esteso in tutte le direzioni; ‐ l’immagazzinamento è trascurabile; ‐ le perdite di carico per il flusso attraverso le finestrature sono trascurabili; ‐ la posizione della tavola d’acqua non cambia con il tempo; ‐ il flusso creato dalla variazione di carico idraulico è esclusivamente orizzontale.
La portata che ad un certo istante fluisce attraverso il tratto finestrato per una generica variazione y di livello rispetto alla condizione indisturbata è esprimibile mediante l’equazione di Thiem:
dove K è la conducibilità idraulica, Le è la lunghezza del tratto finestrato, Re è l’effettiva
distanza radiale oltre la quale la variazione di carico idraulico y è dissipata mentre rw è
la distanza radiale a partire dalla quale l’acquifero è indisturbato.
Il tasso di risalita del livello dell’acqua è:
dove rc è il raggio del piezometro. Risolvendo l’equazione (2) per Q, eguagliando al
risultatodell’equazione (1), integrando e risolvendo per K
Dove y0=y al tempo zero e yt=y nel tempo t. La soluzione di Bouwer e Rice indica che la
variazione di livello y varia rispetto al tempo con una legge di tipo semilogaritmico (Figura 2.9) pertanto in un caso ideale i punti ln(yt) vs t dovrebbero allinearsi lungo una retta il cui coefficiente angolare m è proporzionale alla conducibilità idraulica della formazione (Molfetta e Sethi, 2001). Per la determinazione di m è sufficiente scegliere un punto su tale retta e poi calcolare ݉ ൌ݈݊ ݕ ݕݐ ݐ
Figura 2.9: grafico di log yt ul tempo t (da Bouwer, 1989)
L’unico problema nell’applicazione dell’equazione (3) è quello legato alla determinazione del raggio effettivo Re, i risultati delle analisi analogiche per calcolare Re per diverse geometrie del sistema sono espressi in termini del rapporto adimensionale ln (Re/rw). La prima viene utilizzata nel caso in cui Lw<H, cioè nel caso in cui il piezometro non sia completo per tutta l’altezza satura dell’acquifero, e la seconda quando Lw=H.
dove A, B, C sono valori adimensionali diagrammati in funzione del rapporto Le/rw come in figura 2.10.
Figura 2.10: determinazione dei parametri adimensionali A, B, C per il calcolo di Re (da Bouwer, 1989)
Poiché nella realtà tutti gli acquiferi sono caratterizzati da un certo valore di immagazzinamento i valori sperimentali ln(yt) vs t non sono perfettamente allineati
lungo una retta, ma mostrano una curvatura che rappresenta l’effetto dell’immagazzinamento (Figura 2.11).
Spesso nella rappresentazione dei dati sperimentali è possibile riconoscere due distinti andamenti rettilinei (in Figura 2.12 A‐B, B‐C) il primo a pendenza molto maggiore del secondo. Questo effetto si verifica, in particolare, quando il livello statico e la sua variazione ricadono all’interno del tratto finestrato, e quindi interessato una porzione insatura dell’acquifero, mentre non si produce quando la variazione del livello ricade nel tratto non finestrato (Molfetta e Sethi, 2001). La seconda linearizzazione (B‐C) è, comunque, quella significativa ai fini della determinazione della conducibilità idraulica.
Figura 2.12: rappresentazione schematica dell'effetto di doppia linearizzazione (da Bouwer, 1989)
Risultati delle prove
Per ogni piezometro, prima dell’inizio dello svolgimento delle prove, è stato misurato il livello statico mediante freatimetro (Figura 2.13 A) e sono stati controllati diametro e profondità al fine di stabilire la dimensione e il numero di slug da usare e la profondità a cui posizionare il diver (Figura 2.14 A) per l’acquisizione automatica del livello piezometrico. I pozzi sui quali sono state svolte le misure sono BB6, BB7, BB11 e BB41, ubicati come da figura 2.7.
È importante sottolineare che i valori di soggiacenza misurati in occasione di queste prove risultano essere compatibili con quelli misurati durante le campagne piezometriche precedentemente descritte per tutti e 4 i piezometri in studio. Ciò dimostra che le mappe piezometriche considerate sono rappresentative delle condizioni attuali.
Figura 2.14: A: Acquisitore automatico (diver); B: slug
Prima di passare a commentare i risultati delle prove eseguite sui suddetti piezometri è necessario sottolineare, inoltre, che per i piezometri BB6, BB7 e BB11 non sono disponibili informazioni stratigrafiche e che quest’ultime sono state desunte dalla loro ubicazione rispetto alle sezioni precedentemente elaborate la cui traccia è riportata in figura 2.15.
Infine per ogni piezometro, prima di effettuare gli slug test sono state eseguite delle scansioni verticali di conducibilità e temperatura per verificare la lunghezza del tratto filtrato del piezometro.
Figura 2.15: Ubicazione dei piezometri rispetto alle sezioni
BB6
Il piezometro BB6, profondo 8.25 m, è posto in corrispondenza della trasversale 4 e cade tra la longitudinale B e C; è possibile quindi desumere che il substrato
costituita probabilmente da sabbie dalla superficie fino a circa 14 m di profondità e da uno strato di sabbie limose fino al raggiungimento delle argille impermeabili. Dalla scansione verticale dei valori di temperatura e conducibilità con l’aumentare della profondità riportati in figura 2.16, è possibile supporre che il piezometro BB6 sia fenestrato negli ultimi due metri di profondità in quanto dai 6 ai 8 m di profondità da piano campagna sia la temperatura che la conducibilità rimangono costanti. Figura 2.16: Log verticale di conducibilità e temperatura per il piezometro BB6
Sulla base di tutte queste informazioni sono stati elaborati i dati scaturiti dall’esecuzione del test (Figura 2.17) secondo la teoria di Bouwer e Rice precedentemente descritta. Il valore di K ottenuto è pari a 1.6 x 10‐5m/s.
Figura 2.17: pressione e temperatura registrate dal diver posto nel piezometro
durante lo svolgimento della prova BB6
BB7
Il piezometro BB7 è posto in corrispondenza della sezione longitudinale B nel tratto compreso tra la trasversale 4 e la trasversale 5. In questo caso il piezometro risulta essere completo in quanto la sua profondità coincide con lo spessore del livello ed è circa di 23 m. La colonna stratigrafica attraversata dovrebbe essere approssimativamente costituita da uno strato di sabbie che arriva ad una profondità di circa 4‐5 m e un successivo strato di sabbie limose che arriva fino alle argille impermeabili. Osservando la variazione con la profondità di temperatura e conducibilità riportato in figura 2.18, il piezometro BB7 sembrerebbe fenestrato per tutta la sua lunghezza.
Figura 2.18: log verticali di temperatura e conducibilità per il piezometro BB7
A seguito dell’elaborazione dei dati (figura 2.19) il valori di conducibilità idraulica ottenuto per questo piezometro è di 2.5 x 10‐6 m/s.
Figura 2.19: pressione e temperatura registrate dal diver posto nel piezometro durante lo svolgimento della prova BB7
BB41 Il piezometro BB41 è l’unico di cui è disponibile la stratigrafia di seguito riportata: ‐ 0‐2.5 terreno vegetale ‐ 2.5‐5 sabbie limose ‐ 5‐11 sabbie ‐ 11‐22.5 sabbie limose ‐ 22.5‐31 argille. In campagna è stata verificata la profondità del piezometro ed è stata registrata una profondità di circa 16.5 m, ciò potrebbe essere dovuto ad insabbiamento di quest’ultimo. Nella figura 2.20 sono riportati l’andamento di conducibilità e temperatura con la profondità dai quali è possibile che non si hanno variazioni né di conducibilità né di temperatura fino a fondo foro.
A seguito dell’elaborazione dei dati riportati nella figura 2.21 il valore di K ottenuto è pari a 1.1 x 10‐5 m/s. Figura 2.21: pressione e temperatura registrate dal diver posto nel piezometro durante lo svolgimento della prova BB41 BB11
Il piezometro BB11 è profondo circa 17 m. Come è possibile notare dalla figura 2.15 questo punto è posto in corrispondenza della trasversale 2 e cade tra la longitudinale B e C; è possibile quindi desumere che il substrato impermeabile si ritrova ad una profondità di circa 32 m. Il piezometro in esame è, quindi, incompleto in quanto non è esteso a tutto lo spessore saturo. La restante stratigrafia è composta da sabbie dalla superficie fino a circa 17 m di profondità e da un successivo strato di sabbie limose che arriva a contatto con le argille impermeabili dopo circa 15 m. Come per gli altri piezometri prima di effettuare la prova è stata realizzata una scansione verticale di conducibilità e temperatura al fine di verificare lo spessore del filtro. Dalla figura 2.22 sembra possibile dedurre che il piezometro sia fenestrato per tutta la sua lunghezza, in particolare per la temperatura che rimane costante per tutta la profondità.
Figura 2.22: log verticali di temperatura e conducibilità per il piezometro BB11 Il valore di K ottenuto a seguito dell’elaborazione dei dati (Figura 2.23) è pari a 7.4 x 10‐ 6 m/s.
2.3 Caratterizzazione geochimica‐isotopica
Le caratteristiche chimico‐fisiche delle acque sotterranee dipendono da vari fattori quali l’interazione acqua‐roccia, le condizioni idrodinamiche all’interno dell’acquifero, i tempi di residenza nel sottosuolo e la possibilità di mescolamento tra acque con caratteristiche chimiche differenti. Questo tipo di indagini consente, quindi, di ricostruire i circuiti, di individuare le zone di alimentazione e di drenaggio preferenziali e di paragonare o correlare tra loro le varie acque (Celico, 2003).
I dati geochimici ed isotopici elaborati e commentati nei paragrafi seguenti sono tratti dallo studio di Doveri et al. (2009). In particolare per la caratterizzazione chimica isotopica sono disponibili i parametri fisico‐chimici misurati in concomitanza della campagna piezometrica (49 a Ottobre 2005 e 45 a Maggio 2006) (Tabella 2.1), le analisi isotopiche su campioni d’acqua prelevati durante la campagna di Ottobre 2005 e le analisi chimiche ed isotopiche sui campioni prelevati a Maggio 2006 (Tabelle 2.2 e 2.3). In totale i punti d’acqua indagati sono 52 tra cui 6 relativi ad acque superficiali corrispondenti al Canale Burlamacca, Fosso della Bufalina, Fosso Le Quindici e Fosso Guidario.
2.3.1 Parametri fisico‐chimici
In tabella 2.1 sono riportati i valori dei parametri fisico chimici misurati in concomitanza alle campagne piezometriche. Tali parametri sono stati misurati direttamente in campo in modo tale da essere i più rappresentativi possibili dei corpi idrici in studio.
Temperatura
La conoscenza della temperatura dell’acqua è determinante perché esercita un ruolo importante sul pH, sulla solubilità dei sali disciolti e, conseguentemente, sulla salinità e sulla conducibilità, inoltre può dare indicazioni sui circuiti sotterranei e su eventuali mescolamenti tra acque diverse (Celico, 1986). Dai dati a disposizione nella tabella si può notare che per le acque di falda vi è una limitata variazione delle temperature
stagionali a differenza dei campioni relativi alle acque superficiali che invece risentono maggiormente della stagionalità climatica. La sostanziale similitudine tra i valori di temperatura atmosferica e delle acque di falda confermano che si è in presenza di una falda freatica non in connessione con i circuiti idrogeologici più profondi (Giusti, 2006). pH
Il pH regola i fenomeni di precipitazione e soluzione, esso ha un ruolo importantissimo nella solubilità dei vari ioni (Celico, 1986). Per evitare l’uso di numeri molto piccoli, si preferisce usare il cologaritmo decimale della concentrazione molare degli ioni idrogeno(Celico,1986):
pH = ‐ log [ H +]
Nei nostri climi il pH delle acque naturali varia generalmente tra 7,2 e 7,5. Può essere più elevato nelle acque circolanti in calcari, mentre in quelle che attraversano rocce silicee (o comunque povere di carbonato di calcio) raggiunge anche il valore di 6; non mancano poi situazioni legate a condizioni ambientali e idrodinamiche particolari (Celico, 1986).
I valori di pH registrati sono confrontabili ai valori medi delle falde freatiche delle nostre latitudini e sono compresi tra 6.4 e 8.1 nella campagna del 2005 e 6.6 e 8.2 nella campagna del 2006.
Conducibilità elettrica
La conducibilità elettrica rappresenta la capacità di una soluzione di condurre elettricità. La misura di tale parametro viene eseguita mediante conduttimetri; il suo valore viene generalmente espresso in micro‐siemens per centimetro (μS/cm), oppure in siemens per centimetro (S/cm), in ohm‐1*cm‐1 oppure mho*cm. Data la sua forte dipendenza dalla temperatura, i risultati vengono riferiti alle temperature standard 18°C, 20°C o 25°C.
L’ acqua pura è un pessimo conduttore, ma bastano piccole quantità di sali disciolti in essa per aumentarne la conducibilità. La circolazione della corrente nell’acqua avviene con il movimento degli ioni salini verso gli elettrodi, per questo si parla di conducibilità
Sono state realizzate due carte conducimetriche con i dati relativi alle due campagne (Figure 2.24 e 2.25). Figura 2.24: carta della conducibilità elettrica (campagna Ottobre 2005). I valori di conducibilità elettrica sono espressi in S/cm a 20°C
Figura 2.25: carta della conducibilità elettrica (Maggio 2006). I valori di conducibilità elettrica sono espressi in S/cm a 20°C
Nelle carte sono rappresentate le linee di isoconducibilità relative alle acque sotterranee mentre i valori corrispondenti ai campioni di acque superficiali non sono stati considerati, poiché avendo valori molto maggiori avrebbero condizionato l’interpolazione dei dati. I punti rappresentativi delle acque superficiali sono, invece,
Come si vede nelle carte, su tutta la fascia centrale dell’area in studio (coincidente con l’alto piezometrico) le acque di falda presentano una conducibilità relativamente bassa che non supera i 1000 μS/cm. I valori più elevati, invece, si ritrovano nella fascia costiera e nella porzione orientale dell’area e sono associati alla presenza in falda di acqua di mare. Con molta probabilità sono i bassi piezometrici che portano a tale situazione e che favoriscono da una parte, lungo costa, l’avanzamento del cuneo salino, e dall’altra, verso est, il richiamo in falda dell’acqua salata presente nel sistema Fosso Le Quindici‐ Lago di Massaciuccoli‐ Laghi artificiali. Nella zona costiera il valore più alto, di 8410 μS/c, è stato registrato nella campagna di ottobre 2005 nel piezometro BB7. Questo dato appare in disaccordo con il fatto che in corrispondenza del punto in questione è presente un massimo piezometrico relativo, in realtà è sufficiente il minimo spostato più ad occidente e quindi più verso costa, per giustificare la presenza di acqua salata nel piezometro, in quanto porta alla risalita dell’interfaccia tra questa e l’acqua dolce (Doveri et al.,2009). Nella porzione orientale il valore più elevato è stato registrato a Maggio 2006 ed è pari a 17400 μS/cm nel piezometro BB24 (in prossimità della cava Sisa). Bisogna sottolineare che le acque di questo piezometro presentano a Ottobre 2005 una conducibilità anche fin troppo bassa di 590 μS/cm, con molta probabilità questo dato risulta falsato dalle abbondanti piogge cadute il giorno precedente al campionamento e dal fatto che, in caso di eventi meteorici intensi, viene attivato uno scarico di acque piovane proprio nella cava Sisa (Doveri et al.,2009). I massimi valori assoluti di conducibilità sono rilevabili in corrispondenza dei corsi d’acqua, che fungono da perimetro dell’area in studio, con picco corrispondente al punto del Canale Burlamacca in entrambe le campagne (18340 e 17090 μS/cm). Per i piezometri più profondi sono stati prelevati campioni di acque a diverse profondità per osservare le variazioni della conducibilità con la profondità (Figura 2.26).
Figura 2.26:piezometri su cui sono state effettuate misurazioni di conducibilità a diverse profondità (da Giusti, 2006)
In generale si ha un incremento della conducibilità verso il basso. Confrontando i grafici relativi ai piezometri posti nella fascia costiera (BB7, BB40, BB41) si nota un incremento intorno ai 20 m di profondità ed è a questa profondità che verosimilmente si ritrova la zona di transizione acqua dolce‐acqua salata. Situazione analoga si ritrova nella fascia posta in prossimità del Fosso Le Quindici (piezometri BB44 e BB24). Il piezometro BB11, ubicato nella fascia centrale dell’area, presenta invece valori di conducibilità molto più bassi rispetto agli altri piezometri e registra un lieve aumento di conducibilità fra il campione superficiale e quello profondo.
2.3.2 Dati geochimici ed isotopici
Le analisi chimiche ed isotopiche effettuate sulle acque campionate (ubicati come da figura 2.4) sono riportati in tabella 2.2 e 2.3 rispettivamente. Tabella 2.2: risultati analisi chimiche relative alla campagna di Maggio 2006 (Doveri et al., 2009) Codice Punto Cl‐ (mg/l) SO4 ‐ (mg/l) HCO3 ‐ (mg/l) NO3 ‐ (mg/l) Na+ (mg/l) K+ (mg/l) Ca+ (mg/l) Mg+ (mg/l) NH4 + (mg/l) BB6 6,8 13,4 454 5,3 10,8 1,9 120 10 < 0,2 BB7 1382 0,5 681 2,4 860 28,9 51,2 132 8,27 BB11 13,8 28,8 344 1,1 17,2 2,1 99,9 8,2 0,2 BB13 17,4 5,9 325 0,6 24,1 13,4 79,7 7,3 0,49 BB18 5129 891 293 7,8 3042 120 226 383 < 0,2 BB20 16,7 127 415 35,7 14,3 5,7 160 18,8 < 0,2 BB22 34,4 29,6 390 52,6 17,5 20,1 117 17,3 < 0,2 BB24 5880 77,8 837 2,2 3128 77,6 80,6 140 22 BB26 10,8 24,6 366 4,8 15 4,6 91,3 10,4 < 0,2 BB32 27,4 68,9 366 49,3 22,2 12,9 120 13,9 < 0,2 BB36 25,2 91,8 317 8,4 18,3 6,4 117 13,2 0,5 BB41 187 28,8 600 0,2 117,3 32,6 57,6 59,2 7,47 BB42 760 103 439 3,8 415 26,2 97,5 83,7 < 0,2 BB43 6,7 11,3 268 1,2 6,6 33,4 59,2 2,3 0,34 BB44 189 146 303 5,1 151 15,6 95,7 19,6 6,33 BB47 910 403 268 6,1 507 22,6 163 85,4 < 0,2 BB49 79,4 118 493 11,1 66,2 6,4 167 18,3 < 0,2 BB51 14,7 6,2 251 1,1 20,6 2,4 58,4 8,8 < 0,2 BB52 75,8 26,5 425 <0,2 37 2,7 119 20,7 < 0,2 BB53 58,3 45,6 403 <0,2 47,5 5,7 110 16,5 < 0,2 BB54 20,1 60,9 527 0,4 12,3 10,2 125 33,3 < 0,2Tabella 2.3: risultati analisi isotopiche relative alle campagne di Ottobre 2005 e Maggio 2006 (Doveri et al., 2009)
Di seguito verranno presentate le caratteristiche principali dei costituenti maggiori e minori interessati dalle analisi chimiche delle acque campionate in questo studio.
Ione Calcio (Ca++)
Esso rappresenta lo ione più abbondante nelle acque sotterranee, proviene in genere dalla dissoluzione del carbonato e del solfato di calcio (Celico, 1986). Il calcio contribuisce alla durezza totale dell’acqua. Le concentrazioni variano da 10 a 250 ppm nelle acque dolci e 400 ppm nelle acque di mare (Custodio e Llamas, 1996). Ione Magnesio (Mg++) Forma composti ad alta solubilità, maggiore di quelli formati dal calcio ma comunque meno abbondanti. Le concentrazioni nelle acque dolci variano da 1 a 100 ppm, mentre nelle acque di mare si arriva a 1200 ppm (Custodio e Llamas, 1996). Sodio (Na+)
Appartiene al gruppo dei metalli alcalini; normalmente è associato con il cloruro e presenta una solubilità molto elevata. Nelle acque dolci il suo contenuto varia tra 1 e 150 mg/l, ma può arrivare a qualche migliaio di ppm (Custodio e Llamas, 1996); l’acqua di mare ne contiene da 10000 ppm a 100000 ppm raggiungendo il limite di saturazione di 105000 mg/l (Davis & DeWiest, 1966). Elevate concentrazioni possono indurre problemi alle piante per una riduzione della permeabilità del suolo (flocculazione delle argille).
Potassio (K+)
È caratterizzato da un’elevata solubilità, ma essendo facilmente assorbito dalle argille non si trova in abbondanza nelle acque (da 0,1 a 10 ppm nelle acque dolci raggiungendo i 400 ppm nelle acque di mare).
Ione Cloruro (Cl‐)
E’ uno ione molto mobile la cui concentrazione aumenta con il decorrere dell’interazione con la roccia. Può indicare la presenza di acqua di mare o di origine marina così come può caratterizzare le acque fossili e tutte quelle che hanno subito un processo di concentrazione per dissoluzione o per evaporazione (Celico, 1986). Forma
sali molto solubili ed è lo ione predominante nell’acqua di mare con 19000 mg/l, ma può raggiungere i 22000 mg/l (Custodio e Llamas, 1996). Nelle acque superficiali i contenuti variano da 10 mg/l a 250 mg/l e le fonti principali sono rappresentate da rocce sedimentarie (evaporiti), miscelazione con acque marine nelle zone costiere, precipitazioni influenzate da aerosol marino, scarichi industriali od urbani. Contenuti >300mg/l conferiscono sapore salato alle acque e possono indurre danni fisiologici; con valori superiori a 350 mg/l non ne è consigliabile l’uso irriguo ed industriale. La concentrazione di Cl‐ viene modificata pochissimo da fenomeni di scambio ionico, di fissazione, di saturazione, di riduzione, ecc. Ciò lo rende un ottimo tracciante naturale (Celico, 1986).
Ione solfato (SO42‐)
Forma sali generalmente molto solubili, rappresenta il secondo ione più abbondante nelle acque superficiali (dopo il bicarbonato) e in quelle marine (dopo i cloruri): nelle acque dolci è presente in quantità limitate, da 2 a 250 ppm, ma può raggiungere il limite di saturazione di 1500 ppm se sono presenti rocce evaporitiche contenenti gesso ed anidride. Tale limite nelle acque marine è di 7200 ppm (Custodio e Llamas, 1996). Può derivare anche dall’ossidazione dei solfuri o da scarichi industriali.
Ione carbonato (HCO3‐)
Tra gli anioni è il più diffuso in quanto proviene dalla dissoluzione dei carbonati di calcio e magnesio molto frequenti nelle rocce; il tenore è, quindi, elevato nelle acque circolanti in rocce carbonatiche, mentre è minimo nelle rocce cristalline, nelle arenarie e nelle rocce silicee in genere (Celico, 2003). Si ricava matematicamente sottraendo l’ammoniaca dall’alcalinità. Una piccola quantità si ha nei composti organici come carbonio detritico disciolto e particolato, e una frazione veramente piccola si ha come carbonio negli organismi viventi.
Ammoniaca (ione ammonio NH4)
piante e della nitrificazione batterica (i batteri trasformano lo ione ammonio in nitriti e nitrati). Le concentrazioni di ione ammonio variano tra 0 e 5 mg/l in acque dolci superficiali non inquinate, mentre possono raggiungere valori di più di 10 mg/l in situazioni anaerobiche.
Nitrati (NO3‐)
Lo ione nitrato è la comune forma di azoto inorganico che entra nelle acque dolci. Un aumento marcato del carico di azoto inorganico a laghi e fiumi si ha di solito in seguito ad attività agricole, allevamenti animali e inquinamento atmosferico di origine antropica. Le concentrazioni di nitrati variano tra livelli non misurabili fino a quasi 10 mg/l nelle acque dolci superficiali non inquinate.
Per la caratterizzazione geochimica ed isotopica delle acque campionate è stata effettuata inizialmente una classificazione con il diagramma di Piper (1994) e successivamente sono stati elaborati numerosi diagrammi binari al fine di effettuare correlazioni tra ioni di particolare interesse. In particolare saranno di seguito riportati e commentati alcuni diagrammi di correlazione fra elementi chimici di solito utilizzati per studi di questo tipo che sono considerati dei veri e propri traccianti naturali per descrivere i rapporti esistenti tra le acque di falda con le acque superficiali ed individuare i processi di mescolamento fra le acque dolci e i due termini salini che caratterizzano l’area in studio (in particolare acqua di mare e acqua del Lago di Massaciuccoli). Nello specifico le concentrazioni dei vari costituenti ionici sono state poste in relazione con le concentrazioni dello ione cloruro, che per le sue proprietà conservative è uno dei più importanti indicatori del processo di intrusione salina. In tutti i diagrammi la retta di colore rosso sta ad indicare il miscelamento con acqua marina. Infine sono stati analizzati i dati isotopici disponibili in quanto l’utilizzo degli isotopi stabili dell’acqua in questo tipo di studi consente di ottenere informazioni molto importanti poiché, a differenza dei parametri chimici, questi mantengono informazioni sull’origine delle acque di infiltrazione e, quindi, danno indicazioni riguardo le aree di alimentazione dei circuiti idrici e permettono di verificare se vi è interferenza di acqua di mare. È doveroso sottolineare, inoltre, che nell’elaborazione
dei dati sono stati considerati ulteriori due campioni rappresentativi delle acque del Lago di Massaciuccoli e dell’acqua di mare.
Il diagramma di Piper è evoluzione di una rappresentazione triangolare dei dati analitici, separata per i cationi e gli anioni, cui è stata aggiunta una rappresentazione di sintesi su un diagramma rombico (Civita, 2005) (Figura 2.27). Le concentrazioni ioniche sono riportate nel diagramma come valori percentuali calcolati dal rapporto tra i meq/l dei singoli anioni (o cationi) e i meq/l ottenuti dalla somma di tutti gli anioni (o cationi) inclusi nel diagramma stesso. Sui due triangoli si riportano i due punti rappresentativi del contenuto cationico (triangolo di sinistra) e anionico (triangolo di destra) e successivamente si proiettano i punti ottenuti sul rombo, muovendosi parallelamente sul lato Mg++ per il triangolo di sinistra, e parallelamente al lato SO4 2‐ su quello di destra (Civita,2005). Il rombo è suddiviso in quattro porzioni corrispondenti alle principali classi idrochimiche (Figura 2.27).
Figura 2.28: diagramma di Piper con le acque analizzate (da Doveri et al.,2009) Come si evince dal diagramma di Piper (Figura 2.28) e dal diagramma binario di figura 2.29 le acque analizzate appartengono alle seguenti facies idrochimiche:
‐ Clorurato sodica: rientrano in questa facies le acque superficiali del Canale Burlamacca (BB18), del Fosso Bufalina (BB42), del Fosso Le Quindici (BB47) e del Lago di Massaciuccoli, nonché le acque di falda prelevate nella zona a ridosso del sistema fosso Le Quindici‐laghi artificiali‐Lago di Massaciuccoli (BB24 e BB44) e nelle vicinanze della costa (BB7). Il punto corrispondente al Fosso Le Quindici si sovrappone al punto relativo al Lago di Massaciuccoli, indicando quindi una molto simile composizione chimica dei due campioni. Mentre gli altri punti appartenenti a questa facies si dispongono allineati fra il punto rappresentativo dell’acqua di mare e i punti indicativi
delle composizione chimica delle acque di falda (indicati nel grafico con un cerchio blu).
‐ Bicarbonato calcica: appartengono a questa facies idrochimica la maggior parte dei campioni. Si tratta di acque di falda con chimismo principalmente determinato dall’interazione tra le acque di ricarica meteorica e i terreni prevalentemente sabbiosi che costituiscono l’acquifero.
Infine è presente il campione BB41 con composizione bicarbonato sodica‐magnesiaca. Anche questo campione dal diagramma di Piper sembra essere interessato da mescolamento con acqua di mare.
Figura 2.29: Diagramma binario k/Na (da Doveri et al., 2009)
Figura 2.30: Diagramma binario Na/Cl (da Doveri et al., 2009)
Il diagramma di figura 2.30 si riferisce al rapporto Na/Cl, per l’acqua di mare tale rapporto assume valori di circa 0,87 e per l’acqua dolce può variare tra 0,7 e 1,2 (Custodio, 1992). Dalla figura 2.30 è possibile notare che tutti i punti sono allineati lungo la retta che rappresenta il mescolamento con acqua di mare, in particolar modo i campioni che sembrano maggiormente essere interessati da questo fenomeno sono il BB24 e BB7, tra le acque di falda, ed il BB18 (Canale Burlamacca) per quelle superficiali. Per il Fosso Le Quindici ed il Fosso della Bufalina non è possibile capire, basandoci esclusivamente su questo diagramma, se i tenori di Na e Cl siano dovuti all’acqua di mare o al drenaggio delle acque del Lago di Massaciuccoli.
Uno fra i rapporti ionici più significativi negli studi di questo tipo è quello tra SO4/Cl (Figura 2.31). Nell’ambito di una stessa falda il suddetto rapporto è sufficientemente costante da caratterizzarne le acque, consentendone il paragone con altre (Celico, 1986). Valori molto bassi di questo rapporto caratteristico sono tipici di zone costiere
caratterizzate da ingressione di acqua di mare, a causa del notevole aumento dei cloruri (Celico, 1986). Per il mare tale rapporto è 0,1, mentre per le acque continentali risulta decisamente più alto (Custodio,1992). Dall’analisi del grafico suddetto è possibile osservare che il campione rappresentativo del Fosso Le Quindici (BB47) ricade in prossimità del punto rappresentativo del Lago di Massaciuccoli; mentre il campione BB42 (Fosso della Bufalina) e il campione BB18 (Canale Burlamacca) sono posizionati anche in questo caso sulla retta rappresentativa del mescolamento con acqua di mare. Per quanto riguarda invece i campioni BB24 e BB7 quest’ultimi non ricadono sulla retta rappresentativa del mescolamento con acqua di mare, ma ciò potrebbe essere dovuto al processo di sottrazione dei solfati dalla soluzione acquosa, quale è quello determinato dall’ossidazione della materia organica da parte dei solfobatteri in condizioni anossiche, situazione confermata dalla presenza di NH4 e dall’arricchimento in HCO3 (Figura 2.32).
Figura 2.31: diagramma di correlazione SO4/Cl (da Doveri et al., 2009)
Figura 2.32: diagramma di correlazione SO4/HCO3 (da Doveri et al., 2009)
La configurazione vista nei precedenti diagrammi si ripete chiaramente anche nel diagramma Br/Cl in figura 2.33, tratto dallo studio di Doveri et al. (2009) nel quale è possibile osservare che le acque non interessate dal mescolamento con i termini salini dell’area in studio sono caratterizzate da concentrazioni molto basse di bromo, mentre le acque individuate precedentemente ed indicative di tale fenomeno (BB7 e BB24 per le acque di falda e le acque superficiali) non solo presentano maggiori concentrazioni, ma si dispongono allineati sulla retta che rappresenta il mescolamento con acqua di mare.
Figura 2.33: diagramma binario Br/Cl (da Doveri et al., 2009)
Per una migliore caratterizzazione del chimismo delle acque sotterranee e superficiali appartenenti all’area di studio, sono state eseguite le analisi del rapporto isotopico δ18O‰ su alcuni campioni prelevanti in entrambe le campagne (Tabella 2.3). L’utilizzo degli isotopi stabili dell’acqua in questo tipo di studi consente di ottenere informazioni molto importanti poiché, a differenza dei parametri chimici, questi mantengono informazioni sull’origine delle acque di infiltrazione e, quindi, danno indicazioni riguardo le aree di alimentazione dei circuiti idrici e permettono di verificare se vi è interferenza di acqua di mare. Quest’ultima presenta valori di δ18O‰ prossimi allo zero, mentre le acque meteoriche del settore Mar Ligure alla quota mare mostrano valori compresi tra ‐5.3 e ‐5.6 ‰ (Longinelli e Selmo, 2003; Doveri, 2004)
Nel diagramma semilogaritmico in figura 2.34 si può notare che la maggior parte dei campioni corrisponde ad acque di origine meteorica infiltratesi localmente, con salinità
legata ai processi di interazione con i depositi sabbiosi della zona. Si individuano poi alcuni campioni BB51, BB22, BB24, BB6 e BB27 con δ18O‰ superiore a ‐5.0‰ e inferiore a ‐6.0‰ che indicano un’influenza da parte della variabilità isotopica tipica delle ricariche stagionali (Doveri et al., 2009), infatti, nella zona in esame le precipitazioni nell’arco dell’anno sono caratterizzate da valori massimi di circa ‐4‰ (periodo estivo) e minimi di ‐7‰ (periodo invernale). Per il BB51, la cui profondità non supera i 4 metri, l’elevato valore δ18O‰ è probabilmente dovuto a fenomeni di evapotraspirazione che portano ad un incremento relativo dei valori isotopici (Clark e Fritz, 1197).
Nel diagramma sono inoltre rappresentate le curve di mescolamento tra le acque dolci locali e quelle del Lago Massaciuccoli e tra le acque dolci e quella di mare, ed è interessante osservare come si posizionano i campioni rispetto a queste linee in modo tale da avere una chiara indicazione sui processi in atto nell’area in studio. Per quanto riguarda le acque superficiali, risulta evidente che le acque del Fosso Le Quindici (BB47) provengono dal Lago di Massaciuccoli, quelle del Canale Burlamacca (BB18), invece, sono influenzate dalla risalita di acqua di mare lungo il canale stesso mentre in quelle del Fosso della Bufalina (BB2) coesistono le acque del lago e di mare. Considerando i punti rappresentativi delle acque di falda vediamo che è confermata la presenza di ingressione marina lungo costa come già visto con la chimica generale, in particolar modo tale processo è evidente per i campioni BB7 e BB40 ubicate nel settore occidentale e i punti BB24 e BB44 per il settore orientale. Questa configurazione evidenzia come l’ingressione di acqua di mare nel Canale Burlamacca si spinga fino alla cave e da queste verso la falda.
Figura 2.34: diagramma Ossigeno‐18 vs. Conducibilità (Doveri et al.,2009)
Riassumendo quindi, dall’elaborazione dei dati geochimici ed isotopici, è possibile osservare che:
‐ i campioni rappresentativi dell’acqua di falda che sembrano essere maggiormente interessati dal processo di mescolamento con acqua di mare in maniera diretta per avanzamento del cuneo salino dalla costa sono il BB7 e il BB40 entrambi ubicati nella fascia costiera e caratterizzati da profondità pari a 26 e 23,5 m rispettivamente. In particolare il campione BB7 presenta nelle diverse campagne percentuali di acqua di mare variabili fra circa 15 e 20%; mentre il BB40 variabili tra 3 e 10%.
‐ per quanto riguarda i campioni appartenenti ai tre principali corsi d’acqua dell’area in studio, questi presentano caratteristiche chimiche differenti: Il Canale Burlamacca (BB18) è con molta probabilità interessato dal fenomeno della risalita di acqua di mare, situazione confermata sia dalla chimica generale che dalle analisi isotopiche; la composizione del Fosso Le quindici (BB47) è, invece, determinata esclusivamente dalle acque provenienti dal Lago di Massaciuccoli a conferma del suo ruolo di emissario di quest’ultimo; mentre il campione BB2 prelevato dal Fosso della Bufalina indica una coesistenza delle acque di mare e di lago.
‐ i campioni BB24 e BB44 sono interessati da acque salate provenienti dai laghi artificiali (cave) in cui è documentata la presenza di acqua di mare (Baneschi, 2006). In particolare per il campione BB44 si registrano percentuali di mescolamento con acqua di mare dell’ordine del 20%; mentre per il pozzo BB24 (campagna 2006) è possibile osservare un mescolamento con acqua di mare con percentuali di oltre 30 %. Riguardo a questo pozzo, il campione prelevato nella campagna del 2005 si discosta dalla linea di mescolamento con acqua di mare in quanto probabilmente influenzato dalle abbondanti piogge cadute il giorno precedente al campionamento e dal fatto che, in caso di eventi meteorici intensi, viene attivato uno scarico di acque piovane proprio nella cava Sisa, come si era visto per il valore di conducibilità.
