Introduzione
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INTRODUZIONE
La gestione delle risorse idriche, inserita anche negli studi di programmazione economica e di pianificazione territoriale, fa oggi largamente utilizzo di modelli matematici. I modelli relativi alle acque sotterranee sono rappresentazioni della realtà e possono essere strumenti previsionali per la gestione della risorsa idrica sotterranea. Infatti oltre alle finalità puramente conoscitive, circa i meccanismi di funzionamento dei sistemi acquiferi, i modelli matematici soddisfano alla fondamentale richiesta, da parte dei pianificatori, di formulare scenari futuri sul comportamento dei sistemi acquiferi stessi. Un modello di flusso permette, inoltre, di focalizzare le componenti del bilancio idrico dell’acquifero oltre che l’evoluzione delle condizioni piezometriche in risposta a variazioni di afflussi e deflussi (es. la modifica nel prelievo dai pozzi e/o il perdurare di periodi particolarmente siccitosi). Un modello di flusso calibrato è la base indispensabile per l’implementazione e realizzazione di un modello di trasporto che permette di simulare la propagazione di inquinanti ed, in particolare in un’area costiera, del cuneo salino nella falda sia attraverso l’interfaccia acqua dolce‐acqua salata che tramite i principali corsi d’acqua, quantificando il deterioramento della qualità delle acque.
La realizzazione di un modello matematico deve comunque basarsi su un “solido” modello concettuale del sistema acquifero in esame. In particolare la costruzione di un modello matematico passa attraverso almeno 3 fasi principali:
a) definizione del modello concettuale relativo al sistema acquifero da simulare sulla base di uno studio a carattere multidisciplinare che tenga conto degli aspetti geologici, idrogeologici ed geochimici‐isotopici;
b) scelta del codice di calcolo e implementazione, sulla base del modello concettuale, del modello matematico mediante la discretizzazione spaziale e temporale dell’area da modellizzare, la specificazione delle condizioni iniziali e al contorno, nonché l’attribuzione dei parametri idrogeologici (permeabilità, trasmissività, coefficiente di
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immagazzinamento, porosità efficace) ed idrodispersivi che caratterizzano il sistema acquifero in studio;
c) sviluppo e taratura del modello idrogeologico e idrodinamico, nonché di quello di trasporto.
Il presente lavoro di tesi tratta il sistema acquifero poroso della pianura costiera compresa fra il Fosso Bufalina e Canale Burlamacca nel comune di Viareggio (LU). Tale area risulta essere caratterizzata dal fenomeno dell’intrusione salina.
L’intrusione salina è il fenomeno di penetrazione di acqua salata (a densità maggiore) nelle falde di acqua dolce (a densità minore) delle fasce costiere; a causa della differenza di densità, le acque assumono una particolare forma di stratificazione che prende il nome di cuneo salino. La sua estensione dipende da un elevato numero di fattori come le condizioni climatiche dell’area, geometrie e proprietà idrauliche dell’acquifero, tipo di utilizzo dell’acqua di falda e quindi tasso di pompaggio e ubicazione dei pozzi, tasso di ricarica della falda, pratiche di irrigazione dell’area ed altri ancora (Narayan et al. 2007).
Questo fenomeno influisce negativamente sui sistemi costieri in quanto va ad incidere direttamente sulla qualità delle acque portando al loro deterioramento e limitandone la possibilità di utilizzo; non solo, la miscelazione di acque dolci con acque salate, in prospettiva di medio‐lungo termine, potrebbe contribuire alla salinizzazione secondaria dei suoli. Il fenomeno dell’intrusione salina è un problema davvero allarmante se si considera che il 50% della popolazione mondiale vive entro 60 Km dalla linea di riva e che sulle aree costiere, le quali costituiscono ecosistemi vulnerabili sia per le pressioni antropiche che per i pericoli naturali (Gattacceca et al. 2009), sono spesso concentrate numerose attività produttive agricole e industriali. Oltre all’ingressione di natura sotterranea (cuneo salino), ne è stata individuata un’altra di origine superficiale lungo i corsi d’acqua defluenti al mare (Cavazza et al. 2002), quando le quote degli alvei sono inferiori al livello marino. Questo è anche il caso dei fiumi Serchio (Ghezzi et al., 1994), dove le acque salmastre possono risalire fino all’altezza di Rigoli (17 Km dalla foce), ed
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Arno (Giani et al., 2001), dove è possibile trovare un’alta concentrazione di acqua marina in corrispondenza della città di Pisa (Ponte di Mezzo e Ponte delle Bocchette). Questo secondo tipo di ingressione è con molta probabilità ancora più importante del primo anche perché può causare l’insalinamento delle acque sotterranee anche a grande distanza dal mare (Giani et al.2001). L’intrusione di acqua marina in acquiferi costieri non è un problema recente, basti pensare che il primo modello fu sviluppato indipendentemente da Ghyben e Herzberg rispettivamente nel 1888 e nel 1901. È vero, però, che negli ultimi trent’anni questo fenomeno ha ricevuto maggiore attenzione e su tale argomento sono stati pubblicati numerosi articoli e sviluppati svariati modelli numerici e matematici. Anche in Italia i lavori che si occupano della criticità degli acquiferi costieri sono molto numerosi, fra i quali; Pranzini, 2002; Tessitore, 2002; Barrocu, 2003;
Capaccioni, 2005; Cau, 2002; Antonellini, 2008; questo ci offre un’indicazione di quanto siano diffuse nel nostro paese tali problematiche. In generale, possiamo affermare che il fenomeno interessa tutta l’Europa ed in particolare i Paesi dell’area mediterranea dove la salinizzazione è legata principalmente all’eccessivo sfruttamento delle falde acquifere (EEA, 2003).
Il punto di partenza per affrontare correttamente tali situazioni è rappresentato, sicuramente, da una corretta gestione degli acquiferi che deve necessariamente ispirarsi a dei principi basilari quali la limitazione dei prelievi, la pianificazione sul territorio delle opere di presa non in funzione della domanda, ma delle caratteristiche idrogeologiche.
Un modello matematico solido, basato su un modello concettuale affidabile, è uno strumento indispensabile per una gestione ottimale della risorsa idrica e per la sua salvaguardia sia in termini quantitativi che qualitativi.
Scopo dello studio è quello di arrivare, attraverso l’integrazione di metodologie stratigrafiche, idrogeologiche ed idrochimiche‐isotopiche alla formulazione di un modello concettuale quali‐quantitativo del sistema acquifero in oggetto. Sulla base del modello concettuale sarà implementato e calibrato un modello di flusso.
