ETD

• acquifero sabbioso piezometry
• facies idrochimiche
• hydrochemical facies
• piezometria
• sandy aquifer

Il presente lavoro di tesi si inserisce nell’ambito dei progetti internazionali ENCOMPASS e Plastic Underground, finalizzati alla caratterizzazione del suolo e delle acque sotterranee in relazione alla presenza di contaminanti emergenti, tra cui le microplastiche (non trattate in questo lavoro), nelle aree agricole prospicenti il settore meridionale del Lago di Massaciuccoli (LU). L’approccio interdisciplinare idrogeologico e idrogeochimico adottato ha permesso di ottenere utili informazioni in merito agli orizzonti acquiferi superficiali dell’area di studio.
Per il raggiungimento di tali obiettivi sono state svolte diverse attività di campo e di laboratorio. Sono stati infatti realizzati tre sondaggi a carotaggio continuo fino a una profondità di 10 m (attrezzati a piezometri), consentendo l’individuazione di un acquifero di natura sabbiosa o limo-sabbiosa, con intercalati a luoghi di livelli argille e torbe, localmente in condizioni freatiche, oggetto del presente studio. Specifiche analisi granulometriche, condotte sulle unità a maggiore conducibilità idraulica hanno permesso di precisare le caratteristiche degli orizzonti sabbiosi e limo-sabbiosi, in accordo con la ricostruzione stratigrafica dell’area di studio e con quanto riportato in letteratura. Oltre alla realizzazione dei tre nuovi piezometri, per lo studio sono stati utilizzati anche altri due piezometri preesistenti, ubicati in differenti settori della medesima area di studio. Le campagne di rilievo piezometrico, effettuate con cadenza quindicinale nel periodo dicembre 2024 - settembre 2025, hanno consentito di valutare le caratteristiche idrodinamiche della superficie piezometrica dell’acquifero oggetto di studio in relazione alle precipitazioni meteoriche e all’andamento idrometrico del vicino Lago di Massaciuccoli. L’analisi delle oscillazioni della superficie piezometrica ha messo in evidenza come i cinque punti di monitoraggio presentino comportamenti idrodinamici differenti, riconducibili alla loro posizione geografica e alle condizioni idrostratigrafiche locali. Parallelamente, sono state eseguite misure mensili in situ, a partire da febbraio 2025 dei principali parametri fisico-chimici (temperatura, pH, conducibilità elettrica e potenziale di ossidoriduzione) mediante sonda multiparametrica; i dati raccolti hanno consentito la costruzione di log temporali per ciascun punto di monitoraggio, evidenziando una certa variabilità stagionale e una prevalenza di condizioni riducenti all’interno della colonna d’acqua, seppur con differenze tra i diversi siti. Sono state infine condotte due campagne di campionamento delle acque sotterranee, rispettivamente nei mesi di luglio e ottobre 2025; durante le attività di campo sono stati effettuati test colorimetrici in situ per uno screening preliminare delle concentrazioni di nitrati, ammonio e fosfati. I campioni prelevati sono stati successivamente analizzati in laboratorio mediante cromatografia ionica (IC) per la determinazione degli ioni maggiori e mediante ICP-MS per l’analisi degli elementi in traccia.
Il chimismo degli ioni maggiori evidenzia una marcata eterogeneità composizionale delle acque sotterranee nei piezometri analizzati. Le acque mostrano facies Na-Cl, riconducibili alla prossimità con corpi idrici ad elevata salinità quali il Lago di Massaciuccoli, facies Ca-HCO₃⁻, e facies Na-HCO₃⁻, attribuibili a processi di scambio cationico che determinano un arricchimento in sodio a discapito del calcio.
Le analisi degli elementi in traccia hanno evidenziato, in entrambe le campagne di monitoraggio, il superamento delle concentrazioni soglia di contaminazione (CSC) definite dal D.Lgs. 152/2006 per Fe, Mn e localmente As nelle acque di falda. Le elevate concentrazioni di Fe e Mn sono interpretabili come il risultato di condizioni riducenti presenti in specifiche porzioni dell’acquifero, che favoriscono la dissoluzione di ossidi e idrossidi di ferro e manganese associati ai livelli torbosi e agli orizzonti argillosi. Il rilascio dell’arsenico risulta strettamente connesso alla mobilizzazione del ferro in ambiente riducente. Tuttavia, per alcuni elementi non può essere escluso un contributo di origine antropica per il quale sarebbero necessarie ulteriori indagini.
L’approccio multidisciplinare integrato ha permesso di migliorare le conoscenze idrogeologiche e idrogeochimiche di un’area particolarmente sfruttata per esigenze agricole e di evidenziare il ruolo dei processi naturali e delle pressioni antropiche nella qualità della risorsa idrica sotterranea.

This thesis is part of the international ENCOMPASS and Plastic Underground projects, which aim to characterize soil and groundwater in relation to the presence of emerging contaminants, including microplastics (not covered in this work), in agricultural areas overlooking the southern sector of Lake Massaciuccoli (LU). The interdisciplinary hydrogeological and hydrogeochemical approach adopted has provided useful information on the surface aquifers in the study area.
To achieve these objectives, various field and laboratory activities were carried out. Three continuous core samples were taken to a depth of 10 m (equipped with piezometers), allowing the identification of a sandy or silty-sandy aquifer, interspersed with clay and peat layers, locally in phreatic conditions, which is the subject of this study. Specific granulometric analyses, conducted on the units with greater hydraulic conductivity, made it possible to specify the characteristics of the sandy and silty-sandy horizons, in accordance with the stratigraphic reconstruction of the study area and with what is reported in the literature. In addition to the construction of the three new piezometers, two other existing piezometers, located in different sectors of the same study area, were also used for the study. The piezometric surveys, carried out every two weeks between December 2024 and September 2025, made it possible to evaluate the hydrodynamic characteristics of the piezometric surface of the aquifer under study in relation to rainfall and the hydrometric trend of the nearby Lake Massaciuccoli. Analysis of the fluctuations in the piezometric surface showed that the five monitoring points exhibit different hydrodynamic behaviors, attributable to their geographical location and local hydrostratigraphic conditions. At the same time, monthly in situ measurements of the main physical-chemical parameters (temperature, pH, electrical conductivity, and oxidation-reduction potential) were taken using a multiparametric probe, starting in February 2025. the data collected enabled the construction of time logs for each monitoring point, highlighting a certain seasonal variability and a prevalence of reducing conditions within the water column, albeit with differences between the various sites. Finally, two groundwater sampling campaigns were conducted in July and October 2025, respectively. During the field activities, in situ colorimetric tests were carried out for preliminary screening of nitrate, ammonium, and phosphate concentrations. The samples taken were subsequently analyzed in the laboratory using ion chromatography (IC) to determine the major ions and ICP-MS to analyze trace elements.
The chemistry of the major ions shows a marked compositional heterogeneity of the groundwater in the piezometers analyzed. The waters show Na-Cl facies, attributable to the proximity to water bodies with high salinity such as Lake Massaciuccoli, Ca-HCO₃⁻ facies, and Na-HCO₃⁻ facies, attributable to cation exchange processes that cause sodium enrichment at the expense of calcium.
Trace element analyses in both monitoring campaigns showed that the contamination threshold concentrations (CSC) defined by Legislative Decree 152/2006 for Fe, Mn, and locally As in groundwater were exceeded. The high concentrations of Fe and Mn can be interpreted as the result of reducing conditions present in specific portions of the aquifer, which favor the dissolution of iron and manganese oxides and hydroxides associated with peaty layers and clayey horizons. The release of arsenic is closely linked to the mobilization of iron in a reducing environment. However, for some elements, a contribution of anthropogenic origin cannot be ruled out, for which further investigation would be necessary.
The integrated multidisciplinary approach has made it possible to improve hydrogeological and hydrogeochemical knowledge of an area that is particularly exploited for agricultural purposes and to highlight the role of natural processes and anthropogenic pressures on the quality of groundwater resources.