• geochimica
• idrogeologia
• isotopi
• portata
• sorgenti
• Vene di Ciciano

Dall’importanza della conoscenza delle risorse idriche, con particolare riferimento alle acque sotterranee, nasce il presente lavoro di Tesi, che si è posto l’obiettivo di iniziare a caratterizzare il sistema acquifero che alimenta le sorgenti denominate Vene di Ciciano (Chiusdino, Siena) dal punto di vista idrogeologico e geochimico. Queste sorgenti, ubicate lungo il fiume Merse, sono tra le più importanti della Toscana meridionale per la loro consistente portata su buona parte dell’anno idrologico. L’interesse per queste sorgenti per un loro eventuale utilizzo è sempre stato alto, tenendo conto dell’ecosistema della zona.
Inizialmente, sono state effettuate ricerche bibliografiche per acquisire documenti e dati pregressi disponibili. Sono stati acquisiti i dati di precipitazione, temperatura, pressione atmosferica e idrometrici delle stazioni di monitoraggio presenti nella zona per eseguire valutazioni preliminari di bilancio idrologico. Una volta effettuato lo studio preliminare, è stato analizzato l’assetto morfologico e geologico della zona sulla base della cartografia disponibile, al fine di capire struttura e caratteristiche del bacino di alimentazione.
Data la peculiare ubicazione delle sorgenti, nell’alveo del Fiume Merse, è stato allestito un monitoraggio in continuo, eseguito con la collaborazione di Enel Green Power S.r.l., con strumenti installati a monte e a valle delle emergenze individuate. Il monitoraggio in continuo, svolto nel periodo 6 maggio 2022 – 10 maggio 2023, è stato finalizzato ad osservare le variazioni di conducibilità elettrica e temperatura delle acque superficiali e sotterranee, ma soprattutto per avere a disposizione dei valori continui nel tempo relativi al livello idrometrico. Mediante una curva ricostruita livello idrometrico-portate, realizzata con i valori di portata misurati periodicamente con un flussimetro ad ultrasuoni (Laboratorio di Idrogeologia Sperimentale e Numerica dell’IGG-CNR), è stato possibile ricavare in modo continuo la portata del fiume a monte e a valle delle Vene di Ciciano, derivandone conseguentemente quella delle sorgenti stesse.
Il presente studio di Tesi acquisisce ulteriore interesse per le condizioni climatiche dell’anno di studio: il 2022 è stato, infatti, un anno particolarmente siccitoso e con temperature particolarmente elevate.
Infine, a completamento dello studio, sono state eseguite diverse campagne di campionamento delle acque, per caratterizzare le stesse dal punto di vista chimico ed isotopico con analisi di laboratorio, eseguite presso il Dipartimento di Scienze della Terra di Pisa, l’IGG-CNR di Pisa e i Laboratori di Enel Green Power S.r.l. Questi dati hanno permesso di caratterizzare le acque dal punto di vista qualitativo e di apportare nuovi elementi conoscitivi del sistema che alimenta le sorgenti.
Le Vene di Ciciano hanno mostrato una portata variabile nel corso dell’anno investigato. La portata media per l’anno idrologico 2022-23 è stata di circa 370 L/s, in calo rispetto a quanto mostrato negli studi eseguiti sulle sorgenti negli anni ’70 e ’80 del secolo scorso. I minimi valori di circa 100 L/s sono stati misurati a fine novembre, i massimi dell’ordine degli 800 L/s si sono verificati ad aprile. Le analisi chimiche sulle acque indicano una facies tipicamente solfato calcica, confermando una circolazione idrica sotterranea in formazioni carbonatico-evaporitiche, come il Calcare Cavernoso.
Le analisi isotopiche hanno permesso di definire una quota media dell’area di alimentazione intorno a 700 m s.l.m., di circa 100 m superiore a quella ricavata nei lavori precedenti. Infine, con le analisi isotopiche sul trizio eseguite su un campione di acqua prelevata da un pozzo che si attesta nel serbatoio alimentante le sorgenti ed ubicato nelle vicinanze di queste ultime, è stata ricavata un’età media di circolazione dell’ordine dei 40 anni. Confrontando questo dato con quello ottenuto da analisi di trizio eseguite in studi passati a metà anni Ottanta e nel 2008, si deduce un progressivo incremento dell’età media delle acque erogate nella in zona di emersione. Questo almeno in parte sembra potersi attribuire ad una riduzione del tasso di rinnovamento della risorsa, quale conseguenza di un trend di diminuzione della ricarica per cause idrometeorologiche-climatiche, in accordo anche con la riduzione delle portate sorgive rispetto al passato.

The present work by Thesis was born from the importance of knowledge of water resources, with particular reference to groundwater, which set itself the objective of starting to characterize the aquifer system that feeds the springs called Vene di Ciciano (Chiusdino, Siena) from a hydrogeological and geochemical point of view. These springs, located along the Merse river, are among the most important in southern Tuscany due to their consistent flow over a good part of the hydrological year. The interest in these springs for their possible use has always been high, taking into account the ecosystem of the area.
Initially, bibliographic searches were carried out to acquire available documents and previous data. Precipitation, temperature, atmospheric pressure and hydrometric data from the monitoring stations present in the area were acquired to carry out preliminary hydrological balance assessments. Once the preliminary study had been carried out, the morphological and geological structure of the area was analyzed on the basis of the available cartography, in order to understand the structure and characteristics of the supply basin.
Given the peculiar location of the sources, in the bed of the Merse River, continuous monitoring was set up, carried out in collaboration with Enel Green Power S.r.l., with instruments installed upstream and downstream of the identified emergencies. The continuous monitoring, carried out in the period 6 May 2022 - 10 May 2023, was aimed at observing the variations in electrical conductivity and temperature of surface and underground water, but above all to have continuous values available over time relating to the hydrometric level. By means of a reconstructed hydrometric level-flow rate curve, created with the flow rate values measured periodically with an ultrasonic flow meter (Laboratory of Experimental and Numerical Hydrogeology of the IGG-CNR), it was possible to continuously obtain the flow rate of the river upstream and downstream valley of the Vene di Ciciano, consequently deriving from it that of the springs themselves.
This Thesis study acquires further interest in the climatic conditions of the study year: 2022 was, in fact, a particularly dry year with particularly high temperatures.
Finally, to complete the study, several water sampling campaigns were carried out to characterize them from a chemical and isotopic point of view with laboratory analyses, carried out at the Department of Earth Sciences of Pisa, the IGG-CNR of Pisa and the laboratories of Enel Green Power S.r.l. These data have made it possible to characterize the waters from a qualitative point of view and to provide new elements of knowledge of the system that feeds the springs.
The Vene di Ciciano showed a variable flow rate during the year investigated. The average flow rate for the hydrological year 2022-23 was approximately 370 L/s, a decrease compared to what was shown in studies carried out on the springs in the 1970s and 1980s. The minimum values of around 100 L/s were measured at the end of November, the maximum values of the order of 800 L/s occurred in April. Chemical analyzes of the water indicate a typically calcium sulphate facies, confirming underground water circulation in carbonate-evaporitic formations, such as the Cavernous Limestone.
The isotopic analyzes made it possible to define an average altitude of the feeding area at around 700 m above sea level, approximately 100 m higher than that obtained in previous works. Finally, with the isotopic analyzes on tritium carried out on a sample of water taken from a well that abuts the reservoir feeding the springs and located in the vicinity of the latter, an average circulation age of the order of 40 years was obtained. Comparing this data with that obtained from tritium analyzes carried out in studies carried out in the mid-1980s and in 2008, a progressive increase in the average age of the water supplied in the emergence area can be deduced. This at least in part seems to be attributable to a reduction in the renewal rate of the resource, as a consequence of a trend of decreasing recharge due to hydrometeorological-climatic causes, also in accordance with the reduction in spring flow rates compared to the past.