• idrogeologia
• hydrogeology
• groundwater
• geochimica isotopica
• fiume disperdente
• conoide alluvionale
• alluvial fan
• acque sotterranee
• isotope geochemistry
• losing stream
• monitoraggio
• monitoring

Riassunto
Il presente lavoro di Tesi si è posto come obbiettivo principale quello di evidenziare il ruolo strategico degli acquiferi pedemontani per l’approvvigionamento idrico ed il ravvenamento degli acquiferi di pianura, tematica di grande interesse e non ancora adeguatamente esplorata nella letteratura di settore. Con questo scopo generale, lo studio si è rivolto al sistema acquifero ospitato nel Conoide del Torrente Zambra di Calci (Pisa); questo torrente, affluente di destra del Fiume Arno, prima della confluenza scorre al di sopra dei propri depositi alluvionali che formano il conoide che raccorda i rilievi dei Monti Pisani alla Pianura di Pisa. In questa zona il torrente mostra un carattere fortemente disperdente, attribuibile ad una generale permeabilità elevata del materiale alluvionale, sede del principale acquifero della zona.
Lo studio si è articolato mediante diverse fasi di lavoro. Utilizzando dati stratigrafici disponibili, è stata effettuata una ricostruzione idrostratigrafica dell’area. Contestualmente, sono state svolte attività sperimentali su un periodo d’indagine della durata di un anno (febbraio 2018 - febbraio 2019). Sono state effettuate misurazioni periodiche (cadenza quindicinale o mensile) di portata su varie sezioni idrauliche lungo il Torrente Zambra di Calci, per mezzo sia di un flussimetro ad ultrasuoni, sia del metodo della diluizione. Per l’analisi dei rapporti torrente/acquifero, sono stati presi in esame anche 12 pozzi ed una sorgente al contorno, sui quali sono stati misurati periodicamente i livelli piezometrici e la portata, rispettivamente. Sia sul torrente, sia in due pozzi selezionati, sono state inserite sonde multiparametriche per il monitoraggio in continuo di livello idrico, temperatura e conducibilità elettrica delle acque. Oltre alle indagini di carattere idrodinamico, sono state svolte due campagne di raccolta di campioni d’acqua per l’esecuzione di analisi chimiche ed isotopiche di laboratorio.
L’elaborazione dei dati prodotti ha permesso di individuare le principali componenti idriche in gioco e di eseguire valutazioni sui loro quantitativi. I dati chimici ed isotopici indicano come il trasferimento di acqua dal torrente all’acquifero del conoide costituisca in questa zona l’alimentazione principale dell’acquifero stesso. Oltre all’infiltrazione delle acque torrentizie, i dati evidenziano l’esistenza di una significativa alimentazione dell’acquifero ad opera delle precipitazioni meteoriche che si infiltrano localmente, ed in maniera diffusa, nella parte apicale del conoide. Si riconoscono inoltre contributi, verosimilmente di secondaria importanza, riconducibili ad un trasferimento sotterraneo dagli acquiferi in roccia, in affioramento sui rilievi, verso i sedimenti alluvionali permeabili del conoide.
I valori di portata del torrente mostrano una decisa diminuzione proseguendo da monte verso valle, a conferma del suo carattere disperdente che si traduce in più del 60% di volumi idrici persi per infiltrazione. In alcuni periodi dell’anno tale processo determina addirittura un completo azzeramento del flusso nelle sezioni più prossime alla confluenza con il Fiume Arno. I volumi trasferiti dal Torrente Zambra di Calci a favore dell’acquifero sono stati quantificati in circa 2,45 Mm3 sul periodo febbraio 2018-febbraio 2019, mentre i volumi trasferiti al Fiume Arno sono risultati di circa 1,31 Mm3. L’insieme dei risultati ha permesso anche di ipotizzare alcune possibili soluzioni di gestione della risorsa, finalizzate a garantire maggiormente la disponibilità idrica del sistema acquifero pedemontano preso in esame, a vantaggio anche del sistema sotterraneo dell’adiacente Pianura di Pisa.

Abstract
The aim of the present thesis is to highlight the strategic role of foothill aquifers for water supply and recharge of nearby plain aquifers.
With this general purpose, the work concerned the investigation of the aquifer system hosted in foothill alluvial fan of the Zambra di Calci Stream (Pisa). Before flowing into the Arno River, this stream flows over its own alluvial fan, which is set at the transition between the Pisan Mountains and the Pisa Plain. In this area, the stream shows a huge loosing character, which can be linked to a general high permeability of the alluvial sediments that form the main aquifer of the area.
Several activities were carried on. Three main hydro-stratigraphic cross-sections were elaborated by interpolating several borehole information. Experimental activities were carried out over a one-year survey period (from february 2018 to february 2019). Periodic measurements (fortnightly or monthly) of flowrate were performed at several sections along the Zambra di Calci Stream, by using both an ultrasonic flowmeter and the dilution method. In order to study the torrent / aquifer relationships, 12 wells and a spring surrounding the stream were also examined, by measuring piezometric levels and the flowrate respectively. At two stream sections and at two selected wells, multi-parametric probes were installed for the continuous monitoring of water level, temperature and electrical conductivity of water. In addition to the hydrodynamic investigations, two fields of water samples collection were carried out for performing chemical and isotopic laboratory analyzes.
The processing of data enabled identifying the main water components involved in the system and assessing their quantities.
The chemical and isotopic data indicated that the water transfer from the stream to the aquifer represents the main recharge of the aquifer itself. In addition to the infiltration of stream water, the data show the existence of a significant aquifer feeding by meteoric rainfalls that infiltrate in a diffuse way, especially in the apical part of the fan. Contributions of secondary importance were also recognized as underground transfers from rock aquifers, outcropping on the reliefs, towards the permeable alluvial sediments of the fan.
The flow rate of the stream show a marked decrease proceeding downstream, confirming the loosing character which causes the loss by infiltration of more than 60% of annual water volumes. In some periods of the year, this process determines the absence of flow at the stream sections closer to the confluence with the Arno River. The volumes transferred from the Zambra di Calci Stream towards the aquifer resulted in around 2.45 Mm3 over the February 2018 - February 2019 period, whereas the volumes transferred to the Arno River were evaluated in around 1.31 Mm3. The ensemble of results also allowed hypothesizing some possible resource management solutions aimed at better guaranteeing the water availability in the foothill aquifer system, also in favor of the aquifer system of the adjacent Pisa Plain.