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Studio del fenomeno dell’intrusione marina nella falda confinata in ghiaie e dei rapporti tra sistema freatico e confinato nell’area del Parco MSRM compresa tra Fiume Arno e Canale Scolmatore. Relazione finale
No full textPremessa
L’acquifero confinato in ghiaie della pianura pisana riveste un’importanza strategica, in quanto contiene una risorsa idrica abbondante, di discreta qualità e sufficientemente protetta a profondità non particolarmente elevate, sfruttata per usi idropotabili, agricoli, turistici e localmente industriali. Tale cospicuo sfruttamento, se non regolamentato e monitorato, può compromettere la risorsa idrica dell’acquifero in ghiaie in termini sia di quantità che di qualità. In effetti, studi precedentemente intrapresi, anche nell’ambito di progetti che hanno visto coinvolti gli scriventi in collaborazione con lo stesso Ente Parco Regionale Migliarino-San Rossore-Massaciuccoli (Parco MSRM), hanno già evidenziato un certo grado di generale sovrasfruttamento del sistema acquifero, che inizia a denotare indizi di sofferenza sotto forma di consistenti depressioni piezometriche, deterioramento della qualità delle acque e ingressione di acqua di mare.
In qualità di ente pubblico chiamato a fornire un parere vincolante sul rilascio delle concessioni in materia di risorsa idrica nell’ambito del territorio di competenza, il Parco MSRM ha promosso e finanziato uno studio multidisciplinare, idrogeologico e agronomico. Tale studio ha avuto lo scopo di approfondire le conoscenze scientifiche in merito al fenomeno dell’intrusione di acqua di mare nell’acquifero suddetto e alle modalità di utilizzo della risorsa idrica, nella specifica zona compresa fra il Fiume Arno ed il Canale Scolmatore. Il progetto di ricerca ha visto coinvolti il Centro Interdipartimentale di Ricerche Agro Ambientali Enrico Avanzi (CIRAA) dell’Università di Pisa, l'Istituto di Geoscienze e Georisorse (IGG) del CNR, il Dipartimento di Scienze della Terra (DST) dell’Università di Pisa e il Dipartimento di Agronomia e Gestione dell’Agroecosistema (DAGA - Laboratorio Certes) dell’Università di Pisa.
Limitatamente alla parte di progetto dedicata allo studio idrogeologico e idrogeochimico-isotopico del sistema acquifero, in data 10/10/2011 è stato stipulato, tra Parco MSRM, IGG e DST, un Accordo di Collaborazione Scientifica di durata biennale. In tal senso, è opportuno ricordare, come era già stato evidenziato nella Relazione di fine primo anno (Doveri e Giannecchini, 2014), che, per quanto l’art. 6 dell’Accordo stabilisse che il progetto di studio dovesse essere fatto partire dalla data di stipula (e quindi dal 10/10/2011), in realtà, in accordo con il Parco MSRM, la parte di acquisizione dati è iniziata a luglio 2012, una volta realizzati i piezometri e collocate le sonde multiparametriche, attività quest’ultime di competenza del Parco (art. 3). Inoltre, considerando il fatto che i 2 anni seguenti all’inizio delle attività (2013-2014) sono stati particolarmente piovosi, in comune accordo col Parco MSRM è stato ritenuto utile effettuare un’ulteriore campagna di misure a fine estate del 2015, in modo da avere una “fotografia” rappresentativa di reali condizioni di magra della falda acquifera.
Il personale IGG e DST ha seguito il progetto sin dalle fasi iniziali, comprendendo quindi sia la realizzazione dei piezometri, sia l’installazione delle sonde di monitoraggio in continuo. Ha inoltre provveduto ad eseguire 9 campagne di misura dei parametri fisico-chimici, livelli piezometrici e campionamento delle acque, nonché a svolgere le analisi di laboratorio e elaborare tutti i dati raccolti nel corso del progetto. In particolare, i dati idrogeologici e geochimici sono stati acquisiti sia nei piezometri realizzati, sia in un congruo numero di pozzi presenti nell’area di studio, sia in una serie di corsi d’acqua fra cui i due principali, Fiume Arno e Canale Scolmatore, comprendendo quindi anche la problematica dei possibili rapporti tra acque superficiali e sotterranee. Sono state altresì effettuate delle prove di emungimento in alcuni dei piezometri di neo-realizzazione, nonché in uno dei principali pozzi di emungimento della zona, le quali hanno permesso di ottenere i parametri idraulici (ad es. coefficiente di permeabilità, trasmissività) caratteristici dell’acquifero.
Le attività effettuate nell’ambito del progetto sono state oggetto anche di attività di tirocinio e di diverse Tesi di Laurea di studenti del Corso di Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie Geologiche dell’Università di Pisa.
Con il presente report tecnico-scientifico sono illustrate in dettaglio le attività effettuate nel corso dell’intero progetto, presentati i relativi risultati e le informazioni da questi derivanti, andando a completare quanto riportato nella relazione intermedia (Doveri e Giannecchini, 2014, n° prot. IGG-CNR 0001516 del 10/07/2014; n° prot. DST-UniPi 0001310 del 23/07/2014 )
Seawater intrusion in the gravelly confined aquifer of the coastal Pisan Plain (Tuscany): hydrogeological and geochemical investigation to assess causes and consequences
No full textThe gravelly horizon of the Pisa plain multilayered system is a confined aquifer tapped by a large number of wells. It hosts a very important water resource for drinking, industrial and irrigable uses, but may be affected by seawater intrusion coming from the coastal area; most wells is distributed inland, anyway a significant exploitation along the coastal area is also present to supply farms and tourist services. Previous hydrogeological and geochemical investigations carried out in coastal area stated maximum percentage of seawater in gravelly aquifer of about 7-9% and suggested the presence of two different mechanisms (Doveri et alii, 2010): i) a direct seawater intrusion from the zone where the gravelly aquifer is in contact with the sea floor; ii) a mixing process between freshwater and seawater, the latter deriving from the Arno river-shallow sandy aquifer system. Basing on these results, since January 2012 a new two-year project was financed by the MSRM Regional Park. Major aims are a better definition of such phenomena and their distribution on the territory, and an assessing of the seawater intrusion trend in relation to groundwater exploitation. Eleven piezometers were realised during first semester of 2012, thus improving the measurement network, which is now made up by 40 wells/piezometers distributed on about 60 km^2. Comparing new and previous borehole data a general confinement of the gravelly aquifer is confirmed, excepting in the northern part where the aquifer is in contact with the superficial sandy one. Preliminary field measurement was performed in June 2012, during which water level (WL) and electrical conductivity (EC) data were collected. WLs below the sea-level were observed on most of the studied area, with a minimum value of about -5 m a.s.l. in the inner part of the northern zone, where major exploitation is present. Moreover, a relative minimum of WL (about -2 m a.s.l.) is present near the shoreline in the southern zone. In the latter EC is diffusely high from shoreline up to 5 km apart and reaches a maximum value of about 7,000 μS/cm. Toward North a general EC decreasing is observed and values below 2,000 μS/cm are measured in most of water-wells. On a limited area close to the Arno River, values higher than 3,000 μS/cm are nevertheless present. Hydraulic conductivity values between E-03 and E-05 m/s were achieved by means of some slug and pumping tests performed on new piezometers. During this month other hydraulic tests will be performed, and monitoring of EC, T and WL will be started using automatic probes; at the same time, the pumping rates of major farms wells will be monitored. Furthermore, a water sampling field will be carried out in the next month, and the collected samples will be analysed in chemical elements and water isotopes. Thus, a first picture of the seawater intrusion and its causes will be available. References Doveri M., Giannecchini R. & Butteri M., 2010. Seawater intrusion in the Versiliese-Pisan coastal aquifer system (North-western Tuscany): results from a hydrogeologic-hydrogeochemical study. Salt Water Intrusion Meeting, Azores 2010. Proceedings SWIM21, 150-153
Studio del fenomeno dell’intrusione marina nella falda confinata in ghiaie e dei rapporti tra sistema freatico e confinato nell’area del Parco MSRM compresa tra Fiume Arno e Canale Scolmatore. Relazione Tecnico-Scientifica del primo anno di attività
No full textPremessa.
L’acquifero confinato in ghiaie della pianura pisana riveste un’importanza strategica considerevole, in quanto contiene una risorsa idrica abbondante, di discreta qualità e sufficientemente protetta a profondità non particolarmente elevate, sfruttata per usi idropotabili, agricoli e turistici. Gli studi precedentemente effettuati, anche nell’ambito di progetti che hanno visto coinvolti gli scriventi in collaborazione con l’Ente Parco Regionale Migliarino-San Rossore-Massacciuccoli, hanno tuttavia evidenziato un certo grado di sovrasfruttamento del sistema acquifero, che inizia a denotare indizi di sofferenza sottoforma di depressione piezometrica, deterioramento della qualità delle acque e ingressione di acqua di mare.
In qualità di ente pubblico chiamato a fornire un parere vincolante sul rilascio delle concessioni in materia di risorsa idrica, l’Ente Parco Regionale Migliarino-San Rossore-Massacciuccoli (Parco MSRM) ha promosso e finanziato uno studio multidisciplinare (idrogeologico e agronomico) al fine di approfondire le conoscenze scientifiche in merito alle problematiche legate soprattutto all’intrusione di acqua di mare nell’acquifero suddetto nella zona compresa fra il Fiume Arno ed il Canale Scolmatore e alle modalità di utilizzo della risorsa idrica. Il progetto di ricerca vede coinvolti il Centro Interdipartimentale di Ricerche Agro Ambientali Enrico Avanzi (CIRAA) dell’Università di Pisa, l'Istituto di Geoscienze e Georisorse (IGG) del CNR, il Dipartimento di Scienze della Terra (DST) dell’Università di Pisa e il Dipartimento di Agronomia e Gestione dell’Agroecosistema (DAGA - Laboratorio Certes) dell’Università di Pisa.
Per quanto concerne le attività in oggetto, tra Parco MSRM, IGG e DST è stato stipulato, in data 10/10/2011, un Accordo di Collaborazione Scientifica, di durata biennale, finalizzato agli studi di tipo idrogeologico e idrogeochimico. In tal senso, è opportuno ricordare che, per quanto l’art. 6 dell’Accordo stabilisca che il progetto di studio venga fatto partire dalla data di stipula (e quindi dal 10/10/2011), in realtà il progetto in senso stretto, con l’inizio dell’acquisizione dei dati idrogeologici e geochimici, è potuto partire soltanto una volta realizzati i piezometri e collocate le sonde multiparametriche, che erano di competenza del Parco (art. 3). La tempistica necessaria al Parco MSRM per l’espletamento della gara di assegnazione dei lavori per la realizzazione dei piezometri, la realizzazione degli stessi, acquisto e messa in opera delle sonde multiparametriche, ha fatto posticipare l’inizio di acquisizione dei dati, e quindi del progetto, a luglio 2012, così come concordato anche con il precedente Direttore del Parco e il personale del Parco stesso preposto a seguire l’iter del progetto (rif. Dott.ssa Francesca Logli). Il personale DST e IGG ha comunque seguito tutte le fasi di realizzazione dei piezometri, dalla stesura del capitolato, alla assistenza a perforazione e allestimento, all’acquisizione delle informazioni litostratigrafiche desunte dalla realizzazione dei fori, all’acquisto e collocazione delle sonde multiparametriche. Inoltre, nel primo anno di studio sono state effettuate quattro campagne di indagine, con acquisizione dei parametri idrogeologici e geochimici significativi, nei mesi di luglio e ottobre 2012, febbraio e giugno 2013. I dati sono stati acquisiti sia nei piezometri realizzati, sia in un congruo numero di pozzi presenti nell’area di studio e attingenti dall’acquifero in ghiaie, sia nel Fiume Arno e nel Canale Scolmatore.
Infine, pur non essendo comprese nell’Accordo e comunque di concerto con il Parco, IGG e DST hanno ritenuto opportuno, ai fini di una migliore riuscita del progetto e per eventuali approfondimenti futuri, effettuare delle prove di emungimento in alcuni dei piezometri realizzati che hanno permesso di ottenere diversi parametri idrogeologici (ad es. coefficiente di permeabilità, trasmissività) utili per la conoscenza dell’acquifero.
Si fa presente che le attività effettuate nell’ambito del presente progetto di ricerca sono state oggetto anche di diverse Tesi di Laurea di studenti del Corso di Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie Geologiche dell’Università di Pisa (alcune ancora in corso), alla discussione delle quali è sempre stato invitato il personale del Parco.
Di seguito, sono illustrate più dettagliatamente le attività effettuate nel primo anno di studio e ricerca previste dall’Accordo e i relativi risultati preliminari
L’intrusione marina nella fascia costiera versiliese-pisana: indagini idrogeologiche e geochimiche sull’acquifero freatico compreso tra Canale Burlamacca e Fosso della Bufalina (Viareggio)
No full textL’intrusione marina negli acquiferi costieri della piana versiliese-pisana: indagini idrogeologiche e geochimiche sull’acquifero confinato in ghiaie compreso tra Fiume Arno e Canale Scolmatore (piana costiera pisana)
No full textResource modelling for control: how hydrogeological modelling can support a water quality monitoring infrastructure
Full text linkThe knowledge of the physical/chemical processes implied with the exploitation of water bodies for human consumption is an essential tool for the optimisation of the monitoring infrastructure. Due to their increasing importance in the context of human consumption (at least in the EU), this work focuses on groundwater resources. In the framework of drinkable water networks, the physical and data-driven modelling of transport phenomena in groundwater can help optimising the sensor network and validating the acquired data.
This work proposes the combined usage of physical and data-driven modelling as a support to the design and maximisation of results from a network of distributed sensors. In particular, the validation of physico-chemical measurements and the detection of eventual anomalies by a set of continuous measurements take benefit from the knowledge of the domain from which water is abstracted, and its expected characteristics. Change-detection techniques based on non-specific sensors (presented by quite a large literature during the
last two decades) have to deal with the classical issues of maximising correct detections and minimising false alarms, the latter of the two being the most typical problem to be faced, in the view of designing truly applicable monitoring systems. In this context, the definition of “anomaly” in terms of distance from an expected value or feature characterising the quality of water implies the definition of a suitable metric and the knowledge of the physical and chemical peculiarities of the natural domain from which water is exploited, with its implications in terms of characteristics of the water resource
Approccio multidisciplinare idrogeologico, geochimico e isotopico nello studio dell’intrusione marina
No full textSince many years, the seawater intrusion is involving wide areas of the Italian coastal plains. The knowledge of this phenomenon is basic in managing and protection of the water resource. In this paper, an example of the use of hydrogeological-geochemical multidisciplinary approach in a plain area is showed. The study area is represented by the coastal plain between Versilia (to the northwestern) and Pisa plain (to the southestearn), involved in seawater intrusion. The multilayered aquifer system of the Versiliese-Pisan coastal plain is mainly made up of sandy and gravelly horizons. The aquifers are locally affected by intense exploiting for drinking, industrial and irrigation uses, inducing seawater intrusion. In order to estimate the seawater rate and to understand the mixing mechanism with freshwater, a project co-financed by the Migliarino S. Rossore Massaciuccoli Regional Park is being carried out since 2005. This project consists of a multidisciplinary study carried out by means of hydrostratigraphic correlations, water level measurements and physico-chemical (electric conductivity, temperature, pH), chemical (principal chemical elements and Br) and isotopic analysis (18O/16O and 2H/1H ratios).
In this paper the main results regarding the zones between Viareggio and Torre del Lago and between Marina di Pisa and Livorno are presented. In the first area the 30 m thick unconfined sandy aquifer was studied, whereas in the second one the confined gravelly aquifer (10 m thick, on average) located at a depth between 50 and 100 m below the sea level was analyzed. In both zones, water levels below the sea level are referable to groundwater exploitation principally due to tourism companies and farms. Chemical and isotopic analysis in different periods highlighted a maximum salt water percentage variable in the intervals 15-30% (unconfined aquifer between Viareggio and Torre del Lago) and 7-9% (confined aquifer between Marina di Pisa and Livorno). Isotopic tools, together with conservative chemical parameters, allowed at understanding the seawater-freshwater mixing mechanisms and at verifying the preferential path of the seawater
Hydrogeologic-hydrogeochemical multidisciplinary study of the gravel confined aquifer in the coastal Pisan Plain (Tuscany) between the Arno River and Scolmatore Canal (Tuscany)
No full textThe gravelly horizon of the Pisa plain multilayered system, located at a depth between 50 and 100 m under the sea level and about 10-20 m thick, is a confined aquifer tapped by a large number of wells. It contains a very important water resource for drinking, industrial and irrigable uses, although in some cases the groundwater is of poor quality.
In order to evaluate if in the coastal area between Arno River and Scolmatore Canal this aquifer is interested by seawater intrusion and to know the mixing mechanisms with fresh water, a multidisciplinary study was carried out by means hydrostratigraphic correlations, water level collection and chemical and isotopic analysis. In particular, three on-site surveys were carried out in June and August 2008 and April 2009. In each point measured, piezometric values below the sea level were collected; particularly depressed levels were registered in August 2008 in the southern part of the study area. Water-wells sampled along the coast, less than 1.5 km far from the coastline, show chemical composition and 18O/16O ratios indicative of seawater-fresh water mixing. This phenomenon, in agreement with piezometric conditions, is more evident in the southern zone, toward the Scolmatore Canal, where the fraction of salt water, calculated using the mass balance model of Cl, Br and 18O/16O ratio, is about 7-8%. The most part of the other samples, collected up to 5 km from the coastline, was not interested by seawater; in these cases, groundwater shows the same characteristics found toward the internal part of the Pisa plain, with relatively low TDS and 18O/16O ratios indicative of recharge average altitudes higher than local altitudes. Only two samples, collected near the Arno River, showed chemical and isotopic characteristics indicative of a seawater presence. In these cases 18O/16O ratios values show clearly that the seawater intrusion does not directly happen in the gravelly aquifer but trough the shallow sandy aquifer which in this zone is in contact with the grave
Stable water isotope as foundamental tool in karst aquifer studies: some results from isotopic applications in the Apuan Alps carbonatic complexes (NW Tuscany)
Full text linkThe management and protection of water resources in karst environment require detailed knowledge of the aquifer system which can be obtained through a multidisciplinary approach, including not only hydrogeological/structural assessment, but also the use of tools not commonly used in hydrogeology, as the isotope ratios.
In the present work some examples of isotopic applications on karst aquifers are discussed in relation to hydrogeological studies carried out in the Carrione Stream, Frigido River, and Versilia River catchments (Apuan Alps, Tuscany). In particular, during such studies the isotopic ratios 18O / 16O and 2H / 1H of the water molecule, mainly, and 13C / 12C of inorganic carbon in solution were used.
The isotopic data, and their comparison with the hydrogeological and structural-geological ones, were useful: to obtain information about the hydrodynamic conditions in the aquifer; to define the recharge area of main springs; and to identify different circulation systems drained by closing springs which have similar chemistry.
The obtained results confirm that in karst systems, where it is often difficult to carry out conventional hydrogeological surveys, the isotopic instruments have a fundamental role in the study of water circulation
L’intrusione marina nella fascia versiliese-pisana. Studio multidisciplinare idrogeologico-geochimico dell’acquifero confinato in ghiaie nella fascia costiera tra il Fiume Arno ed il Canale Scolmatore. Rapporto Tecnico-Scientifico
No full textPREMESSA
Nel presente rapporto vengono descritte le attività di studio svolte ed i risultati ad oggi conseguiti, in riferimento alla convenzione stipulata il 23/01/2009 (e successiva integrazione; Det. N. 581 del 09/07/2009) dall’Ente Parco Regionale Migliarino San Rossore Massaciuccoli (di seguito Parco MSRM) con il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Pisa (di seguito DST) e che prevede la partecipazione tecnico-scientifica dell’Istituto di Geoscienze e Georisorse dell’Area della Ricerca-CNR di Pisa (di seguito IGG).
In particolare, la presente relazione riguarda l’indagine conoscitiva di cui all’Art. 3 punto b) della citata convenzione e successiva integrazione, ovvero lo studio dell’acquifero multistrato confinato della Pianura di Pisa nella fascia costiera (fig. 1), con particolare riferimento agli orizzonti acquiferi in ghiaia ed ai meccanismi che regolano il mescolamento tra la acque in essi circolanti e l’acqua di mare.
Il lavoro è stato condotto dal DST e dall’IGG per mezzo di un’integrazione delle conoscenze idrostrutturali ed un’analisi delle condizioni piezometriche e idrochimico-isotopiche nei tre periodi Giugno e Agosto 2008 e Aprile 2009.
Allo scopo di una più chiara ed esauriente illustrazione degli aspetti che condizionano la circolazione e la qualità delle acque degli acquiferi studiati, il presente elaborato tiene conto della totalità dei dati prodotti sull’intero periodo di studio; di conseguenza, vengono considerati anche i risultati già presentati con la relazione preliminare di Giugno 2008 (Indagine conoscitiva speditiva sulla situazione idrostratigrafica, piezometrica e idrochimica nella fascia di raccordo tra gli acquiferi freatici costieri e l’acquifero multistrato della pianura pisana), nonché quelli illustrati nella relazione di Gennaio 2009 (Studio idrogeologico speditivo sulle acque circolanti all’interno dell’acquifero in ghiaia nella zona di San Piero a Grado, Viale del Mare (S.P. 22), nella Tenuta di Tombolo) dal Dott. Geol. Pietro Gattai, che, in qualità di consulente del Parco MSRM, ha seguito da vicino l’intero progetto in tutte le sue fasi
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