NUOVI DATI SULL'ASSETTO IDRODINAMICO DEL SISTEMA ACQUIFERO DELL'ISOLA DI PIANOSA (ARCIPELAGO TOSCANO)

ABSTRACT The aim of this thesis is to increase knowledge on the conceptual hydrogeological model of Pianosa Island aquifer system by a multidisciplinary approach using hydrogeological, hydrogeochemical and isotopic tools. Pianosa hydrogeological system is composed of a phreatic aquifer (Calcarenites of Pianosa Formation) and a series of confined or semi-confined deeper aquifer levels in the conglomeratic horizons interlaid with the marly-clayed impermeable lithotypes. The study was structured in the following ways: - acquisition of previous documentation about geological, hydrogeological, hydrogeochemical and weather-climate data; - execution of three survey campaigns during the year 2016 in which the following activities were carried out: - measurement of groundwater levels; - measurement of physical-chemical parameters on site; - collection of groundwater samples from wells, spring and rain water for the successive laboratory analysis; - acquisition of continuous data about electrical conductivity, piezometric level and temperature recorded by multiparameter probes located in selected wells; - execution of pumping tests for the hydraulic parameterization of the aquifer (determination of permeability and transmissivity values); - data processing to define the hydrogeological conceptual model of the aquifer system. From the data elaboration, the groundwater circulation is in close connection with the hydrostructure and with hydrodynamics of the Island’s aquifers. The flow has main direction from west to east, according to the immersion of the contact between Pianosa Formation and underlying Miocene lithotypes; however, it is likely the existence of a secondary flow towards west for the presence of a spring on the west coast, although it is reduced to a dripping. From piezometric maps it is noted that the higher values and variations piezometric levels are in the center-west and are gradually decreasing to the east until values next to the sea level in the eastern portion of the island. The hydrogeochemical study has allowed to classify the groundwaters of the island into an intermediate facies Na-Cl/Ca-HCO3 derived from the combination of the “sea-spray” with the circulation in carbonatic aquifer, associated also with seawater intrusion phenomena, as confirmed by high electrical conductivity values recorded mainly in the eastern portion. In some deep wells there is a salinity stratification of groundwater determined by an increase with the depth. This is not attributed to seawater intrusion, but to the presence of older water with high salinity. Another peculiarity is given by the presence of some wells with high value of potassium and nitrate. These well are located in areas where, in the past, there was agricultural activity and breeding. Finally, the isotopic study has further confirmed that the groundwater recharge of the conglomeratic horizons is given by the phreatic aquifer through direct rainfall infiltration. Furthermore, correlating the isotopic ratio δ18O with the chlorides concentrations it has been possible to quantify the percentage of mixing with sea water for those samples that are affected on. RIASSUNTO Lo scopo della presente tesi è quello di approfondire le conoscenze sul modello idrogeologico concettuale del sistema acquifero dell’Isola di Pianosa mediante uno studio multidisciplinare di tipo idrogeologico, idrogeochimico e isotopico. Il sistema idrogeologico di Pianosa è composto da un acquifero superficiale freatico contenuto nelle calcareniti della Formazione di Pianosa e da una sequenza di livelli acquiferi profondi confinati o semi-confinati impostati negli orizzonti conglomeratici intercalati ai litotipi argilloso-marnosi impermeabili. Lo studio è stato articolato nei modi seguenti: - acquisizione di documentazione pregressa su dati geologici, idrogeologici, idrogeochimici e meteo-climatici; - esecuzione di tre campagne di indagine durante l’anno 2016 in cui sono state svolte le seguenti attività: - misura dei livelli piezometrici di tutti i pozzi; - misura dei parametri fisico-chimici in situ; - campionamento di acque sotterranee da pozzi, sorgente e acqua di pioggia finalizzati a analisi chimiche e isotopiche eseguite successivamente in laboratorio; - acquisizione di dati di conducibilità elettrica, livello piezometrico e temperatura registrati in continuo da sonde multiparametriche collocate in alcuni pozzi; - esecuzione di prove di emungimento per la parametrizzazione idraulica dell’acquifero (determinazione di valori di permeabilità e trasmissività); - elaborazione dei dati per la comprensione del funzionamento del sistema acquifero. Dall’elaborazione dei dati raccolti, la circolazione delle acque sotterranee risulta in stretta connessione con l’assetto idrostrutturale e con l’idrodinamica del sistema acquifero dell’isola. Il flusso ha direzione principale da ovest verso est, in accordo con l’immersione del contatto tra la Formazione di Pianosa e i litotipi miocenici sottostanti; è tuttavia probabile l’esistenza di un flusso secondario verso ovest dato dalla presenza di una sorgente sulla costa occidentale, pur ridotta a stillicidio. Dalle carte piezometriche si nota che i valori e le variazioni piezometriche maggiori si hanno nella zona centro-occidentale e diminuiscono progressivamente verso est fino a raggiungere, nella porzione orientale dell’isola, valori prossimi al livello del mare. Lo studio idrogeochimico ha permesso di classificare le acque dell’isola all’interno di una facies intermedia cloruro-alcalina/bicarbonato-calcica, data dalla combinazione tra il fenomeno dello spray marino e la circolazione in un acquifero carbonatico, con annessi fenomeni di intrusione marina, confermati in particolar modo, da valori elevati di conducibilità elettrica rilevati soprattutto nella porzione orientale. In alcuni pozzi profondi è stata confermata una stratificazione della falda determinata con l’aumento della salinità in funzione dell’aumento di profondità. Ciò non viene attribuito a fenomeni di intrusione marina, ma alla presenza di acque più vecchie con valori elevati di salinità. Un’altra particolarità è data dalla presenza, in alcuni pozzi, di valori elevati di potassio e nitrati in corrispondenza delle zone dove, in passato, c’era attività agricola e allevamento. Lo studio isotopico ha infine confermato ulteriormente che l’alimentazione delle acque sotterranee presenti negli orizzonti conglomeratici è data dall’acquifero freatico attraverso infiltrazione meteorica diretta. Inoltre correlando il rapporto isotopico δ18O con le concentrazioni di cloruri è stato possibile quantificare la percentuale di mescolamento con acqua di mare per quei campioni che ne sono interessati