• 3D geological model
• Aquifer system
• Conceptual hydrogeological model
• Ingressione marina
• Isola di Pianosa
• Marine ingression
• Modello geologico 3D
• Modello idrogeologico concettuale
• Modello numerico di flusso
• Numerical flow model
• Pianosa island
• Sistema acquifero

L’obbiettivo principale di questo lavoro di Tesi di Laurea è la creazione di un modello numerico di flusso del sistema acquifero dell’Isola di Pianosa, basato su un solido modello idrogeologico concettuale, definito utilizzando un approccio multidisciplinare che ha preso in considerazione aspetti geologico-stratigrafici, idrogeologici, geofisici, geochimici e meteoclimatici. Nello specifico, particolare importanza è stata rivolta alla costruzione del modello geologico 3D del sistema acquifero stesso.
Per lo sviluppo del modello concettuale sono stati utilizzati i dati provenienti da studi e campagne pregresse, oltre a quelli derivanti da una ulteriore campagna idrogeologica-geochimica effettuata in ottobre 2022 nell’ambito di questo lavoro di tesi. Per la determinazione dell’assetto idrostrutturale e la creazione del modello geologico solido 3D sono stati utilizzati ed elaborati i dati provenienti dalle stratigrafie pregresse disponibili e di un carotaggio continuo recentemente realizzato, le misure di strato ricavate dalla carta geologica CARG, la colonna stratigrafica relativa alla Formazione del Golfo della Botte ricostruita dagli affioramenti lungo la costa occidentale dell’isola e i dati di una campagna geofisica pregressa. Sono stati inoltre elaborati i dati relativi alle misure dei livelli piezometrici, dei parametri fisico-chimici e dati geochimici sia pregressi che recenti, con la creazione di carte piezometriche, diagrammi di classificazione e diagrammi di correlazione. In particolare, a partire da queste elaborazioni, sembrerebbe che la ricarica dell’acquifero superficiale avvenga principalmente per infiltrazione delle acque meteoriche locali, mentre la ricarica degli acquiferi profondi risulterebbe in gran parte legata alla connessione idraulica che esiste tra le calcareniti ospitanti la falda freatica e i conglomerati ospitanti gli acquiferi confinati. I dati geochimici non escludono inoltre un’alimentazione di quest’ultimi da parte di una circolazione profonda a carattere regionale. È stato, quindi, calcolato il bilancio idrico in cui sono state stimate le principali voci in entrata e in uscita dal sistema acquifero (per il periodo 2015-2022). Per la stima delle precipitazioni efficaci sono stati utilizzati i dati di temperatura e precipitazioni misurati direttamente sull’isola, utilizzando il metodo di Thornthwaite per il calcolo dell’evapotraspirazione reale e potenziale. L’infiltrazione efficace è stata stimata considerando il deflusso superficiale nullo. Ulteriore voce in uscita è il volume di acqua emunto dal pozzo PN3, unico pozzo attivo sull’isola, stimata sulla base dei periodi di accensione del pozzo stesso.
Sulla base del modello concettuale elaborato è stato costruito un modello numerico di flusso in stato stazionario del sistema acquifero, utilizzando il codice di calcolo MODFLOW e l’interfaccia grafica Groundwater Vista. La discretizzazione spaziale del dominio e l’assegnazione delle zone di conducibilità idraulica sono stati creati sulla base del modello solido 3D costruito durante la definizione del modello concettuale. Successivamente sono state implementate le condizioni iniziali e le condizioni al contorno. La calibrazione del modello è stata effettuata utilizzando il metodo manuale “trial and error adjustment”, cercando di minimizzare il più possibile il valore dei residui (differenza fra il valore misurato e quello calcolato dal modello). La fase di calibrazione, unitamente all’analisi di sensitività, hanno permesso anche di definire i parametri del modello più “sensibili”, ovvero quei parametri che influenzano maggiormente i risultati del modello. Questi sono risultati le geometrie e la conducibilità idraulica dei livelli acquiferi (calcareniti e conglomerati) e le zone di fratturazione/faglia. Il modello numerico realizzato ha confermato, nel complesso, il modello concettuale elaborato precedentemente mettendo anch’ esso in risalto, all’interno del bilancio idrico restituito dal modello, il processo dell’ingressione marina. Sono state però evidenziate anche quali sono le lacune da dover colmare per poter comprendere maggiormente nel dettaglio il sistema acquifero. Nello specifico è stato visto come la complicata geometria del sistema acquifero (es. le zone a maggior fratturazione) giochino un ruolo fondamentale nell’idrodinamica del sistema stesso e che una maggiore conoscenza di questi aspetti dovrebbe essere necessaria per avere un modello numerico maggiormente rappresentativo. A tal proposito sarebbero necessarie ulteriori indagini di sottosuolo, perforazioni di ulteriori sondaggi o metodi indiretti, per una migliore ricostruzione delle idrostrutture e delle zone di fratturazione, spostandosi anche verso mare per meglio comprendere anche i rapporti acqua dolce/acqua di mare.
The main objective of this thesis work is the creation of a numerical flow model of the Pianosa Island aquifer system, based on a solid conceptual hydrogeological model, defined using a multidisciplinary approach that took into consideration geological-stratigraphic, hydrogeological, geophysical, geochemical and meteoclimatic aspects. Specifically, particular importance was given to the construction of the 3D geological model of the aquifer system itself.
For the development of the conceptual model data were used from previous studies and campaigns and from the hydrogeological-geochemical campaign in which I participated in October 2022. For the determination of the hydro-structural structure and the creation of the 3D solid geological model were used and processed data from the stratigraphies of the deep wells and a piezometer, layer measurements taken from the geological map, the stratigraphic column related to the Gulf of Botte Formation emerging along the west coast of the island and the data of the geophysical campaign carried out by the INGV of Rome in October 2015. Data on measurements of piezometric levels, physico-chemical parameters and previous geochemical data (period 2015-2022) were also processed, with the creation of piezometric charts, classification diagrams and correlation diagrams. In particular, from these elaborations, it would seem that the recharge of the surface aquifer occurs mainly by infiltration of local rainwater, while the recharge of deep aquifers would be largely linked to the hydraulic connection that exists between the calcarenites hosting the groundwater and the conglomerates hosting the confined aquifers. Moreover, geochemical data do not exclude a feeding of the latter by a deep regional circulation. The water balance was then calculated, in which the main entries in and out of the aquifer system were estimated (period 2015-2022). For the estimation of effective precipitation, temperature and precipitation data measured directly on the island were used, using the Thornthwaite method for the calculation of real and potential evapotranspiration. The effective infiltration was estimated considering zero the surface outflow. Further output is the volume of water taken out from the PN3 well, the only active well on the island, estimated on the basis of the periods of ignition of the well itself.
On the basis of the conceptual model developed, a numerical model in steady state flow of the aquifer system was built, using the MODFLOW calculation code and the Groundwater Vista graphical interface. Spatial domain discretization and conductivity zone assignment were created on the basis of the solid 3D model built during the conceptual model definition. After the initial conditions and boundary conditions were implemented. The calibration of the model was carried out using the manual method "trial and error adjustment" trying to minimize as much as possible the value of the residues (difference between the measured value and that calculated by the model). The calibration and sensitivity analysis also allowed to define the most "sensitive" model parameters, those parameters had the most influence on the model’s results. These were the geometries and hydraulic conductivity of aquifer levels (calcarenites and conglomerates) and fracture/fault zones. The numerical model produced has confirmed, on the whole, the conceptual model elaborated previously putting also it in prominence, inside of the returned water balance from the model, the process of the marine ingression. However, the gaps to be filled in order to better understand the aquifer system have also been highlighted. Specifically, it has been seen as the complicated geometry of the aquifer system, such as the fracture zones identified, play a fundamental role in the hydrodynamics of the system itself and that a greater knowledge of these aspects should be necessary to have a more representative numerical model. In this regard, further underground investigations, drilling of further surveys or indirect methods would be necessary for a better reconstruction of hydrostructures and fracture zones, also moving towards the sea to better understand the freshwater/ sea water ratios.