CAPITOLO 2
CARATTERISTICHE DELL’ACQUIFERO
2.1 Definizione degli acquiferi e del modello di circolazione delle acque
Per quello che si riferisce al possibile modello di circolazione delle acque nel sottosuolo derivante delle conoscenze sulla geometria, costituzione litologica e caratteristiche idrauliche delle formazioni presenti nel sottosuolo dell’area che stiamo esaminando, possiamo fare le osservazioni che seguono.
In genere nella pianura costiera, al di fuori delle pianure alluvionali vere e proprie del fiume Fine e del Cecina, siamo in presenza di una complessa situazione stratigrafica con sequenze detritiche, in genere marine, che si ripetono a più livelli e che, per la particolare geometria derivante dalla complessa storia del Pleistocene locale, con numerosi cicli trasgressivi – regressivi, fa sì che gli acquiferi contenuti nei livelli detritici grossolani vadano ad interferire tra loro. Tutto questo fa sì che la pianura costiera sia caratterizzata da un acquifero
multistrato senza una vera e propria copertura verso la superficie e quindi generalmente freatico, con variazioni della trasmissività dovute allo spessore dei
livelli a bassa permeabilità e alla permeabilità degli intervalli acquiferi.
Soltanto alcuni livelli del Pleistocene inferiore – medio, nelle aree più prossime alla zona collinare, possono dar luogo ad acquiferi con un certo grado di artesianità essendo compresi tra acquitardi argilloso - sabbiosi.
La ricarica dell’acquifero avviene attraverso i seguenti meccanismi (Grassi et al., 2000).
idrologico locale. In questo caso le acque che si infiltrano presentano
• caratteristiche chimiche che dipendono delle aree immediatamente circostanti;
• per infiltrazione di acque portate dai piccoli corsi d’acqua provenienti da bacini idrologici contermini e quindi con caratteristiche chimiche diverse da quelle locali;
• per apporto di acque provenienti dal subalveo profondo del Fiume Cecina, anche queste con elementi estranei agli acquiferi della pianura costiera; • per apporto di acque che si infiltrano nella zone collinari e pedecollinari, in
orizzonti permeabili connessi con quelli più profondi della pianura costiera, ed anch’esse con caratteristiche chimiche diverse da quelle di infiltrazione locale;
Oltre gli apporti sopraddetti, gli acquiferi sovrasfruttati possono ricevere apporti di acqua marina o salmastra, essendo gli acquiferi, sia della pianura costiera che del Cecina, direttamente od indirettamente connessi con queste acque.
Per quello che si riferisce ai depositi alluvionali del Cecina e del Fine, si può affermare che le ghiaie e sabbie grossolane del riempimento delle parti più profonde della paleovalle costituiscono un importante acquifero, separato dalla superficie, nella parte terminale dei corsi d’acqua, da livelli limo–argillosi talora di notevole spessore (sede di cave di materiale per laterizi e dei “cavi” residui). Questo acquifero presenta un certo grado di artesianità in quanto la copertura argillosa sovrastante fa sì che l’alimentazione avvenga non direttamente dall’alveo circostante, ma da zone poste più a monte, dove le ghiaie vengono ad affiorare. Livelli discontinui di ghiaie si rinvengono anche nella parte più superficiale della serie fluviale, ma non costituiscono un acquifero importante come quello profondo.
Nello studio dell’acquifero alluvionale del F. Cecina (Relazione ASA del
Fiume a valle della Steccaia hanno nell’alimentazione degli acquiferi della pianura. Questo ruolo è evidenziato dalla distribuzione del boro nelle acque di falda in destra del Cecina. Fino ai primi anni ′80 il Cecina riceveva, tramite il Torrente Possera, gli scarichi degli impianti Enel di Larderello ricchi in boro. Questo inquinamento si trasferiva agli acquiferi della pianura alimentati dalle acque del Cecina, creando grossi problemi per l’approvvigionamento idropotabile della zona. Attualmente il boro tende gradualmente a diminuire anche se è ancora presente in quantità non trascurabili.
I depositi alluvionali del Fine sono meno potenti di quelli del Cecina: la base delle alluvioni arriva fino a -30 metri rispetto al livello marino.
Secondo Squarci (2001), “tra le Fabbriche ed il mare esiste un livello basale, continuo di ghiaie a matrice sabbiosa caratterizzate da buone proprietà idrauliche, con spessore variabile (fino ad un massimo di 10 metri) contenente un’importante falda acquifera. Le ghiaie di base sono ricoperte da sedimenti argilloso-limosi praticamente impermeabili, nei quali sono presenti altri livelli discontinui di ghiaie a profondità variabile tra 5 e 16 metri dal piano campagna e con spessore massimo di 5 metri, anch'essi sede di falde acquifere di più modesta importanza”.
2.2 L’assetto piezometrico
La ricostruzione della superficie piezometrica permette di accertare la posizione della tavola d’acqua nel sottosuolo (se la falda è di tipo freatico), di riconoscere le zone di alimentazione e di recapito delle acque sotterranee, di delineare le linee di flusso, di accertare i rapporti con le acque di superficie, di riconoscere le variazioni di trasmissività dell’acquifero. Il confronto con ricostruzioni di tempi diversi permette di valutare l’escursione stagionale della falda, di rilevare l’eventuale sovrasfruttamento.
Le misure di livello hanno riguardato solo pozzi non in funzione. Alcuni pozzi sono stati misurati più di una volta nel periodo di ciascuna campagna piezometrica, il che ha permesso di accertare che in quei giorni non ci sono state variazioni importanti del livello piezometrico.
Tenuto conto della cartografia utilizzata per la determinazione delle quote della bocca pozzo (CTR in scala 1:10.000), riteniamo che i livelli piezometrici misurati abbiano un errore non superiore ai 20 cm.
Sono stati misurati anche i livelli idrici dei corsi d’acqua più importanti, per accertarne i rapporti con la falda.
L’interpolazioni dei dati puntuali è stata fatta prima in maniera automatica, mediante Arcview 3.2, con un programma d’interpolazione semplice mediante triangoli; successivamente le curve sono state disegnate a mano ed infine digitalizzate.
Gli stessi dati dei livelli idrici, con l’aggiunta dei livelli dinamici nei pozzi ASA e Solvay, sono stati trattati con procedura di interpolazione “kriging” utilizzando il programma SURFER della Golden Software.
Nelle Carte piezometriche è evidente la presenza, in entrambi i momenti di rilevazione, di una vasta area caratterizzata da livelli piezometrici al di sotto del livello marino, con massima depressione (2,5 – 3 m sotto il livello mare) in corrispondenza dell’abitato di Cecina, che da Marina di Cecina si spinge
per circa 5 km verso monte. Questa è da mettere in relazione con il pronunciato sfruttamento dell’acquifero attraverso i vari campi pozzi per usi civili ed industriali.
Un’altra minore area con superficie piezometrica al di sotto del livello del mare si trova in corrispondenza della Mazzanta. Qui una delle cause è la presenza dell’idrovora attiva durante tutto il corso dell’anno. Nelle zone più depresse di questa area, infatti, il piano campagna è prossimo a quello del mare (+0,40 m) e l’idrovora del Consorzio di Bonifica mantiene la falda freatica, comunicante direttamente con i fossi drenati, in depressione rispetto al mare, generalmente a quota –0,60 m. Ciò innesca un meccanismo di richiamo continuo di acqua di mare, attraverso il sottosuolo permeabile, verso l’interno e l’effetto si estende fin dove si fa risentire il drenaggio della estesa rete dei fossi di bonifica.
La depressione piezometrica si amplia nei mesi di Ottobre – Novembre, quando si risente dei forti emungimenti estivi e non ancora della ricarica autunnale.
Anche a sud di Cecina sono presenti aree di minimo piezometrico presso la costa, ma nessuna si spinge molto all’interno. Queste corrispondono agli abitati e alle zone in cui si concentrano gli insediamenti per le vacanze (Marina di Bibbona, Marina di Castagneto, San Vincenzo) e sono evidentemente legate all’intenso sfruttamento della falda durante l’estate. Le aree con falda depressa si allargano alla fine dell’estate.
Nelle Carte piezometriche del 2002 si rilevano due zone di alto livello piezometrico localizzate a nord e a sud del F. Cecina, ai bordi del rilievo collinare. La zona nord, caratterizzata da livelli massimi intorno a circa +40 m s.l.m., presenta gradienti considerevolmente pronunciati rispetto alla zona di pianura immediatamente ad ovest. Ciò è da mettere in relazione a variazioni di trasmissività dei livelli acquiferi: nella zona est gli acquiferi presentano modesti spessori che, piuttosto repentinamente, nella parte
centrale della pianura diventano consistenti con livelli di sedimenti detritici grossolani del Pleistocene superiore (Tirreniano), anche come riempimento di paleovalli. Le parti centrali delle paleovalli rappresentano zone ad elevata trasmissività idraulica, come messo in evidenza dalla buona produttività dei pozzi presenti.
Nella metà meridionale della Pianura, a sud di Bibbona, la superficie piezometrica mostra dei gradienti idraulici inferiori, rispetto alla corrispondente parte nord, fino quasi al limite dell’Acquifero Multistrato; solo in prossimità dei rilievi che delimitano la pianura il gradiente idraulico aumenta decisamente. Questa situazione è dovuta soprattutto alla diversa morfologia della pianura.
2.2.1 Le variazioni nel tempo della superficie piezometrica
La superficie piezometrica subisce delle variazioni a seguito di apporti o sottrazioni d’acqua dalle falde. A parte le variazioni locali, dovute al pompaggio di un pozzo, di solito si ha una variazione stagionale legata al regime delle piogge. Nella Pianura livornese, come nel resto della Toscana, il periodo di morbida (falda alta) si verifica di solito nella primavera più o meno avanzata, alla fine del periodo con le maggiori precipitazioni; il periodo di magra si registra prima delle piogge autunnali, alla fine del saldo negativo del bilancio idrico al quale concorrono sia le scarse piogge estive sia i maggiori emungimenti. Nella Pianura livornese la distribuzione temporale dei pompaggi è fortemente sbilanciata, perché in estate, ai prelievi ai fini irrigui, si aggiungono i maggiori prelievi dei pozzi dell’acquedotto e dei pozzi privati per gli abitanti temporanei (campeggi, stabilimenti balneari, alberghi, seconde case).
Variazioni negli anni della superficie piezometrica possono dipendere da un cambiamento climatico e/o da un diverso sfruttamento delle risorse. La tendenza all’abbassamento, se non è giustificata da una diminuzione degli apporti meteorici, è l’indizio più valido di un sovrasfruttamento delle risorse.
L’abbassamento medio su tutti i 265 pozzi con doppia misura risulta di soli 6 cm dalla primavera all’autunno. Fra i 138 i pozzi con livello in abbassamento il valore medio è stata di 0,57 m. (massimo di -3,60 m) , fra i 116 pozzi con il livello risalito la risalita media è di 0,53 m (massimo di + 9,60).
Abbiamo anche preso in considerazione le variazioni di livello piezometrico secondo il monitoraggio ASA, che riguardano anche il comune di Castagneto, in particolare quelle del 2001.
Purtroppo le campagne ASA sono svolte solitamente in Maggio ed Ottobre per la zona di Castagneto e in Giugno e Novembre per quella di Rosignano e Cecina. Nella distribuzione delle piogge nella Pianura, vediamo che l’Ottobre
2001 è stato un mese molto piovoso (Fig. 8). Di conseguenza la Carta delle variazioni, che risente anche dell’elaborazione di dati non omogenei fra nord e sud (e della mancanza di misure nel comune di Bibbona), non fornisce un quadro significativo dell’escursione stagionale.
Come si è detto più volte, per accertare l’eventuale stato di sovrasfruttamento di un acquifero la cosa migliore è guardare l’evoluzione nel tempo dei livelli di falda. Siamo quindi andati a cercare le vecchie ricostruzioni dei livelli piezometrici nella Pianura.
La più vecchia è del Febbraio 1973 e riguarda il comune di Rosignano. Osserviamo già una situazione con depressione estesa a tutta la pianura costiera; la causa principale è che l’area di bonifica della Mazzanta è topograficamente depressa e l’idrovora tiene il livello freatico basso, favorendo la risalita dell’interfaccia acqua dolce acqua salata.
Osserviamo anche il cono di depressione dei pozzi comunali Pozzi Tardy 1-2. La situazione è cambiata nel Febbraio 1981: la chiusura dei pozzi Tardy (nei quali la salinità dell’acqua era andata oltre i limiti di potabilità) e l’apertura dei pozzi Belvedere ha spostato il massimo di depressione ed ha anche fatto ridurre
0 50 100 150 200 G F M A M G L A S O N D P m m
Figura 1 - Precipitazioni mensili dell'anno 2002; valori medi delle stazioni pluviometriche della Pianura Livornese.
l’area con livello freatico sotto il livello mare alla Mazzanta.
Lo spostamento dei pozzi comunali in corrispondenza della paleovalle messa in evidenza dalla Carta della Base dell’Acquifero Multistrato, dove l’acquifero ha una trasmissività più alta (quindi con maggiore produzione dei pozzi) ha prodotto anche una dorsale della superficie piezometrica fra i pozzi Belvedere e il mare, che, insieme con la dorsale della Base dell’Acquifero, ostacola l’intrusione marina. Nelle varie Carte della Conducibilità elettrica dell’acqua di falda, questa dorsale corrisponde sempre, anche oggi, ad una zona di bassa salinità.
Questa situazione si mantiene anche attualmente: la strategia adottata in questa area ha quindi consentito di contenere l’avanzata del fronte salino e la situazione si è mantenuta praticamente stabile sino dalla zona immediatamente a nord di S.Pietro in Palazzi. Da tener presente inoltre che in questa area, a partire dal 1989, per limitare l’avanzamento del fronte salino sono stati ridotti i prelievi per usi industriali di circa 1 milione di mc/a (Grassi et al., 2000)
La prima ricostruzione piezometrica dell’intera Pianura è quella fatta nel 1988 dal Dipartimento di Scienze della Terra di Pisa per il Genio Civile di Livorno. Le Carte di questo studio sono state digitalizzate (Piezometria di Maggio 1988) e (Piezometria di Novembre 1988).
Nella Carta di Maggio 1988 c’è una zona con livello piezometrico sotto il livello mare che va da sud di Vada verso est, in corrispondenza della valle del Fiume Cecina. Questa area si allarga in Novembre fino a comprendere parte dell’abitato di Cecina.
Altre aree con livello negativo, più piccole, si vedono lungo la costa già in Maggio, e si allargano in Novembre. Alcuni tratti della costa sono però privi di pozzi di misura, per cui è probabile che altre zone depresse siano presenti, ad es. alla foce del Fine.
In entrambe le Carte si nota che la superficie piezometrica nella parte interna della Pianura è decisamente più alta di quanto risulta dalle ricostruzioni più
recenti (2002 e 2003). In particolare si confronti la curva dei 10 m: da Cecina a San Vincenzo, nel 1988 la curva dei 10 metri non si allontana mai dalla costa di più di 4 Km.
Le figure 9 e 10 mostrano le superfici piezometriche nell’area fra Vada e Cecina nel 1998 e nel 2001, ricostruite ogni semestre per conto dell’ASA.
La sequenza completa, non presente in questa tesi di laurea, mostra che l’area con superficie piezometrica sotto il livello del mare si allarga e si restringe secondo le stagioni e secondo gli anni, mentre i coni di depressioni si approfondiscono o si rialzano, evidentemente in relazione alle piogge e agli emungimenti, ma sostanzialmente l’area interessata dalla depressione si mantiene costante.
Questo vale anche se alla serie aggiungiamo la ricostruzione più recente, che è quella del Giugno 2003 ottenuta con i dati degli archivi ASA e CNR.
In sintesi, la sequenza delle piezometrie storiche disponibili mostra un peggioramento del quadro piezometrico degli ultimi anni rispetto al passato. E’ probabile che la causa principale sia il maggiore sfruttamento degli acquiferi, ma non possiamo trascurare la minore ricarica conseguente al cambiamento del regime pluviometrico dagli anni 70-80 agli attuali. Abbiamo visto che le precipitazioni sono un po’ diminuite dall’inizio del periodo ad oggi, mentre l’aumento delle temperature comporta una maggiore perdita per evapotraspirazione; inoltre (ed è questo che probabilmente incide di più sulla ricarica delle falde) è cambiata la distribuzione delle piogge, con minori piogge invernali, che sono quelle che stagioni comporta una minore percentuale di infiltrazione
1 2 3 4 65 7 8 9 10 11 12 14 13 1516 19 17 18 2024 34333738 28 3529 45 4627 4336 2344 323026 41 3922 48 31494254555657584047 50 2125 51 5253 59 187016 696631511 688 6261965126064661019674 5 3147371722 11779 80748182208486781383 75777 8595769088 87 9291 89 9493 21 21bis 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 34 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 48 49 51bis 52 53 54 55(2) 56 56bis 57 57bis 6061 62 63 65 65bis 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 77 77bis 78 79 81 84 85 86 87 88 90 91 92 93 94 96 96bis 97 98 98bis 99 99bis 100 101101bis 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114(1) 114(2) 114(3) 115 116 117 118 119 120 121 122 124 125 129126 127 128 130 132 131 133 140143 137 139134138141 136 142
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 21bis 22 23 24 25 26 26bis 27 28 29 30 31 32 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 4646bis 47 48 49 50 51 51bis 52 53 54 55(1)55(2) 55(3) 56 56bis 57 57bis 58 59 6061 65 65bis 63 62 64 66 67 68 69 70 70bis 71 72 73 74 75 77 77bis 78 79 81 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 96 96bis 97 98 98bis 99 99bis 100 101101bis 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114(1) 114( 2) 114(3) 115 116 117 118 119 120 121 122 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 136 137 139 138 140 141 142 143 144145 145bis 146 147 VADA MAZZANTA MARINA DI CECINA CECINA S.P.PALAZZI 0 1000 2000 3000 4000 5000 m
2.2.2 Monitoraggio ASA
A partire dal 1983 l’ASA ha fatto eseguire una serie di misure piezometriche con frequenza semestrale, con un’interruzione dal 1995 al 1997. Il monitoraggio dei pozzi ha riguardato prima l’area di Rosignano-Cecina e poi, dal 1996, anche quella di Castagneto. La serie delle misure costituisce ora un elemento di estremo interesse per verificare l’evoluzione dei livelli piezometrici.
Nella Figura 11 i livelli misurati in alcuni pozzi dell’area Rosignano-Cecina (ubicati in Figura 12) sono confrontati con le precipitazioni del periodo. Nel grafico superiore sono stati raggruppati i pozzi con il livello piezometrico poco profondo, che sono quelli più sensibili alle variazioni degli apporti meteorici. Nel grafico inferiore sono riportate le altezze di pioggia per quadrimestre come media slittata di 4 valori (per ottenere una curva delle Precipitazioni confrontabile visivamente con le variazioni piezometriche).
P per quadrimestre, media smussata di 4 valori. 50 100 150 200 250 300 350 19 8 1 19 8 2 19 8 3 19 84 1985 1986 1987 8819 1989 1990 1991 1992 3919 1994 1995 1996 1997 8919 1999 2000 2001 2002 P m m
Andamento del livello nei piezometri della pianura costiera tra Vada e Cecina ( dati archivio ASA )
-2 -1 0 1 2 3 4 G iu. 81 O tt. 83 S et t. 85 S et t. 87 S et t. 89 O tt. 91 D ic. 93 95 97 O tt 99 Ott.01 Giu. 03 m s. l.m . p70 p53 p87 p150 p26bis p88 p101bis p149 p30 p46 p42 p48 p93 p35 p60 p108 p97 p98 p44 p110 p105
Figura 5 - Ubicazione dei pozzi di monitoraggio ASA di cui alla Figura 13 e 14.
Possiamo rilevare delle variazioni stagionale ed annuali anche forti nei diversi pozzi, abbastanza correlabili con gli apporti meteorici. In particolare i massimi ed i minimi piezometrici rilevati negli anni sono abbastanza coincidenti con i massimi ed i minimi della piovosità. Non appare invece una tendenza nei livelli dei pozzi, che semmai sembrano stabilizzarsi negli ultimi tre anni.
Per osservare meglio l’andamento dei livelli piezometrici negli ultimi 5 anni, i pozzi che hanno la serie completa sono stati raggruppati per fasce di quota del loro livello medio ed è stata fatta la media dei livelli misurati in ciascuna campagna (Fig. 13 e 14).
Livello medio dei pozzi 26bis, 53, 61, 70, 85, 87 e 88 -1 -0,5 0 0,5 1
Giu. 98 Ott. 98 'Giu.99 Ott 99 Giu 00 Nov 00 Giu01 Ott.01 Giu.02 Ott.02 Giu.03
Livello medio dei pozzi 30, 35, 44, 46, 48, 60, 93, 97, 98, 105 e 108 -0,5 0 0,5 1 1,5 2
Livello medio dei pozzi 19, 18, 27, 32, 125 e 139 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Giu. 98 Ott. 98 'Giu.99 Ott 99 Giu 00 Nov 00 Giu01 Ott.01 Giu.02 Ott.02 Giu.03
Livello medio dei pozzi 22, 45, 124, 136 e 142 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5
Giu. 98 Ott. 98 'Giu.99 Ott 99 Giu 00 Nov 00 Giu01 Ott.01 Giu.02 Ott.02 Giu.03
Livello medio dei pozzi 3, 5, 43, 117 e 118
19 19,5 20 20,5 21 21,5
Livello medio dei pozzi 1, 13, 24 e 36 38 38,5 39 39,5 40 40,5 41
Giu. 98 Ott. 98 'Giu.99 Ott 99 Giu 00 Nov 00 Giu01 Ott.01 Giu.02 Ott.02 Giu.03
Figura 7 - Livelli idrici medi in alcuni pozzi dell’area di Vada-Cecina.
E’ difficile interpretare correttamente l’andamento di questi livelli, senza un’analisi dettagliata delle precipitazioni che hanno preceduto i giorni di monitoraggio e senza conoscere i cambiamenti nello sfruttamento delle falde
nelle diverse zone. Tuttavia si può ritenere che nell’area del “cratere piezometrico” di Cecina i livelli siano sostanzialmente stabilizzati negli anni più recenti, mentre nelle aree circostanti ci potrebbe essere ancora la tendenza all’abbassamento. Se questo sarà confermato dai rilievi piezometrici dei prossimi anni, potrebbe significare che la depressione di Cecina funziona come quella di un pozzo in emungimento: il livello dinamico sarebbe quasi stabilizzato, mentre il cono di depressione continuerebbe ad allargarsi, estendendo quindi l’area di richiamo.
