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RIASSUNTO
In questo studio, viene proposto un modello idrogeologico concettuale del sistema acquifero della pianura costiera di Follonica-Scarlino (Toscana Meridionale, provincia di Grosseto), mediante un approccio integrato che vede coinvolte discipline geologiche-stratigrafiche, idrogeologiche e geochimiche-isotopiche.
La definizione di tale modello è stata raggiunta attraverso una prima fase che ha previsto la costruzione di un solido tridimensionale idrostratigrafico, attività di campagna volte alla misura dei livelli piezometrici e al campionamento delle acque. Sui campioni sono state successivamente effettuate le analisi chimiche presso i laboratori dell’IGG-CNR di Pisa, e le analisi dei rapporti isotopici presso i laboratori del N.C.S.R. DEMOKRITOS di Atene. Tutti i dati disponibili e raccolti nell’ambito di questa tesi, sono stati quindi elaborati nell’ottica dello sviluppo di un affidabile modello concettuale.
In particolare, la ricostruzione del modello idrostrutturale è stata effettuata mediante l’interpretazione di 59 stratigrafie ed ha permesso di identificare 5 orizzonti acquiferi, con differenti geometrie e spessori, principalmente costituiti da sabbie e ghiaie in differenti proporzioni, separati fra loro da livelli impermeabili (acquicludi) o poco permeabili (acquitardi), costituiti rispettivamente da argille e da depositi limo-argillosi.
Dall’analisi dei dati piezometrici è stato possibile osservare che il sistema acquifero si comporta principalmente come un monofalda, visto che in alcuni settori gli acquicludi/acquitardi non sono continui su tutta l’estensione della pianura e/o presentano esigui spessori, nonché per la presenza di numerosi pozzi multi fenestrati che mettono in connessione idraulica i diversi orizzonti. La ricostruzione della superficie piezometrica, realizzata sulla base di 102 livelli misurati in Giugno 2014, ha permesso di identificare l’andamento preferenziale dei flussi di falda, provenienti dai rilievi circostanti e diretti verso il centro della pianura. Le quote piezometriche, in prossimità della costa, hanno valori prossimi e inferiori al livello del mare, dovuti agli emungimenti dei pozzi presenti, favorendo il fenomeno dell’ingressione marina. Questa ipotesi sembra essere confermata da alcuni campioni, che presentano una facies a cloruri e alti valori di salinità.
Per la caratterizzazione geochimica del sistema in studio è stata condotta, nel periodo Aprile-Maggio-Giugno 2014, una campagna che ha previsto la raccolta di 65 campioni d’acqua rappresentativi delle falde sotterranee, di cui sono state analizzate le concentrazioni delle specie ioniche maggiori, minori e degli elementi in tracce, nonché la determinazione dei rapporti isotopici (Ossigeno e Deuterio). L’elaborazione dei dati geochimici ha permesso di riconoscere 8 facies idrochimiche, dovute a differenti processi, quali interazione acqua-roccia, mixing e processi di scambio ionico. Le mappe di distribuzione delle facies, hanno permesso di verificare l’esistenza di una relazione tra le facies individuate e gli acquiferi riconosciuti nel modello idrostrutturale. Le mappe di distribuzione dei metalli, hanno evidenziato i settori e gli acquiferi caratterizzati dalle maggiori concentrazioni. I dati isotopici dell'ossigeno e dell'idrogeno hanno confermato l’origine meteorica delle acque. Inoltre sulla base dei rapporti isotopici, è stata verificata la presenza di una ingressione marina.
In conclusione, nell’ambito di questa tesi è stato elaborato un affidabile modello idrogeologico concettuale mediante un approccio multidisciplinare, che ha permesso di individuare le varie componenti di alimentazione del sistema, i processi fisico-chimici in atto e le interazioni fiume/falda. Questo modello concettuale costituisce una solida base conoscitiva, indispensabile per lo sviluppo di un modello numerico di flusso e di trasporto.

ABSTRACT
This study proposes a conceptual hydrogeological model of the aquifer system of the Follonica-Scarlino coastal plain (GR, Southern Tuscany, Italy), through an integrated approach that involves geological-stratigraphic, hydrogeological and geochemical- isotopic disciplines.
The definition of this model has been achieved through a first phase which provided the construction of a three-dimensional hydrostratigraphic solid-body, surveys activities for the measurement of piezometric levels and water sampling.
Subsequently, chemical analyses of collected samples were performed at the laboratories of the IGG-CNR of Pisa, and isotopic analyses in the laboratories of the N.C.S.R. DEMOKRITOS of Athens. So all available data collected, were processed to develop a reliable conceptual model of the aquifer system.
In particular, the reconstruction of the hydrostructural model was performed using the interpretation of 59 stratigraphy and 5 aquifer horizons were identified, characterized by different geometries and thicknesses and consist mainly of sand and gravel in different proportions. They are separated by impermeable (acquiclude) or low permeability (aquitard) layers, that consist of clay and silt-clay deposits respectively.
From the analyses of piezometric data, it was possible to observe that the aquifer system could be considered as a monoaquifer, because in some sectors the acquiclud/acquitard are not continuous over the entire plain and/or they exhibit less thickness, as well as for the presence of numerous multi fenestrated wells that connecting the different horizons. The reconstruction of the piezometric surface based on 102 levels measured in June 2014, shows the groundwater flows, which is directed from the surrounding hills toward the center of the plain. The piezometric levels next to the coastline have values close and below the sea level, due to pumping wells favoring the marine ingression. This hypothesis is confirmed by the presence of some NaCl facies samples with high salinity values.
A geochemical survey was performed in the period April-May- June 2014. In this campaign, 65 groundwater samples were collected, and for each sample major ionic species, minor and trace element were analyzed, as well the isotopic ratios (oxygen and deuterium). The geochemical data processing has allowed us to recognize 8 hydrochemical facies, caused by different processes, such as water-rock interaction, mixing and ion exchange. The map of the geochemical facies distribution, shows the relationship between the identified facies and aquifers recognized in the hydrostructural model. The map of the metals distribution, highlights the areas and the aquifers characterized by major concentrations. The hydrogen and oxygen isotopic data confirm the meteoric origin of the waters. The presence of marine ingression is also verified by isotopic ratios.
In conclusion, in this thesis a reliable conceptual hydrogeological model is elaborated through a multidisciplinary approach. The model allowed us to recognize the various feeding components, physico-chemical processes, and interactions river / aquifer. This conceptual model provides a solid knowledge, indispensable for the development of a flow and transport numerical model.