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Tesi etd-01172019-163808


Thesis type
Tesi di laurea magistrale
Author
FRANCESCHI, LINDA
URN
etd-01172019-163808
Title
Caratterizzazione idrodinamica e geochimico-isotopica di sistemi di circolazione idrica in acquiferi carbonatici in contesti ambientali vulnerabili: il sistema delle sorgenti Moresco (Alpi Apuane meridionali)
Struttura
SCIENZE DELLA TERRA
Corso di studi
SCIENZE E TECNOLOGIE GEOLOGICHE
Commissione
relatore Prof. Giannecchini, Roberto
correlatore Dott. Doveri, Marco
controrelatore Dott.ssa Menichini, Matia
Parole chiave
  • geochimica
  • condizioni idrodinamiche
  • Baccatoio
  • aree di alimentazione
  • acquiferi carbonatici
  • sorgenti Moresco
Data inizio appello
08/02/2019;
Consultabilità
secretata d'ufficio
Data di rilascio
08/02/2022
Riassunto analitico
Riassunto

In un contesto caratterizzato da una forte e consistente pressione antropica, i sistemi acquiferi carbonatici rappresentano un’importante alternativa di approvvigionamento idrico a molti dei sistemi acquiferi convenzionalmente sfruttati; questo grazie agli elevati quantitativi di acqua che essi possono contenere ed all’alta qualità di tali risorse, spesso garantita da una limitata antropizzazione dei territori in cui si collocano.
L’intera area delle Alpi Apuane è caratterizzata da un’elevata piovosità e dalla presenza di ingenti risorse idriche immagazzinate all’interno di acquiferi carbonatici, la cui tutela è tuttavia messa fortemente a rischio dalla presenza di numerose cave di marmo, molte ancora attive e centri minerari ormai abbandonati, dove fino alla fine del 1900 venivano coltivati corpi mineralizzati a barite, pirite ed ossidi di ferro. L’abbandono delle aree minerarie ha avuto un enorme impatto ambientale soprattutto nell’area oggetto di studio di questa tesi, ovvero l’area del bacino idrografico del Torrente Baccatoio, localizzato nella porzione meridionale delle Alpi Apuane. Questa zona, infatti, è caratterizzata dalla presenza di numerose miniere dismesse dove, a causa dell’esposizione delle mineralizzazioni a solfuri all’ambiente esogeno, sono venuti a formarsi dei drenaggi acidi di miniera (Acid Mine Drainage – AMD) ricchi di elementi tossici (ET) e potenzialmente tossici (EPT), tra cui il tallio, che vanno a contaminare sia le acque superficiali, sia quelle sotterranee, come le recenti pubblicazioni scientifiche evidenziano.
Il presente lavoro di tesi ha avuto come scopo principale quello di identificare e riconoscere i sistemi di circolazione idrica che alimentano le sorgenti Moresco Alta, Moresco Sondaggio e Moresco Galleria, le quali sono situate nella parte media del bacino idrografico del Torrente Baccatoio, drenano un acquifero carbonatico e sono posizionate a pochi metri l’una dall’altra nei pressi dell’alveo del torrente. La sorgente Moresco Galleria è l’unica delle tre che alimenta la rete idrica dei centri abitati di Valdicastello Carducci e di Pietrasanta (Lucca), mentre le sorgenti Moresco Alta e Sondaggio non sono mai state allacciate all’acquedotto a causa del fatto che in alcuni casi esse hanno mostrato una contaminazione da tallio. Da qui è derivata la necessità di comprendere al meglio se la contaminazione delle sorgenti Moresco Alta e Sondaggio possa derivare da un’interconnessione diretta tra esse ed il Torrente Baccatoio e soprattutto se vi possano essere delle relazioni tra le tre scaturigini e quindi se anche la sorgente Moresco Galleria possa essere a rischio di contaminazione da ET ed EPT.
Lo studio sulle sorgenti Moresco è stato svolto in collaborazione con il gestore idrico locale GAIA S.p.A. (promotore del progetto) ed ha previsto: la ricostruzione dell’assetto geologico strutturale dell’area di emergenza delle scaturigini attraverso la realizzazione di sezioni geologiche; un monitoraggio annuale con acquisizione di dati in continuo delle portate, dei livelli idrometrici e dei diversi parametri chimico-fisici, utili alla comprensione delle condizioni idrodinamiche dell’acquifero; misure di portata sulle sorgenti Moresco e sul Torrente Baccatoio e campionamenti delle acque e misure in situ dei parametri chimico-fisici, con una cadenza bimestrale; analisi chimiche ed isotopiche per la caratterizzazione geochimica delle acque e per la definizione delle aree di alimentazione delle sorgenti; una prova di tracciamento con lo scopo di individuare le possibili interconnessioni idrauliche tra le sorgenti Moresco ed il Torrente Baccatoio; uno studio approfondito di un particolare evento meteorico per l’osservazione dei tempi e delle modalità di risposta delle sorgenti alle precipitazioni.
Attraverso l’integrazione dei dati ricavati dalle tecniche appena citate, è stato possibile individuare: (i) la presenza di un acquifero carbonatico ad elevata permeabilità e bassa capacità d’immagazzinamento, testimoniata dai bassi tempi di risposta alle piogge (8 ore in media) da parte delle sorgenti Moresco e dai rapidi decrementi di portata durante i periodi di esaurimento; (ii) la presenza di due diversi sistemi di circolazione idrica, uno più profondo ed alimentante la sorgente Moresco Galleria (con valori di temperatura e conducibilità elettrica più elevati, maggiori tempi di risposta alle precipitazioni ed una composizione isotopica più costante nel tempo rispetto alle altre due scaturigini) e uno più superficiale alimentante le sorgenti Moresco Alta e Sondaggio, le quali risultano identiche sia dal punto di vista idrodinamico che chimico ed isotopico; (iii) un’interconnessione diretta tra le sorgenti Moresco Alta e Sondaggio con il Torrente Baccatoio, confermata sia dai dati relativi all’idrodinamica, in particolare dall’andamento della conducibilità elettrica sia delle sorgenti che del torrente in corrispondenza di eventi meteorici particolarmente intensi, che alla composizione chimica ed isotopica delle acque; (iv) le quote medie delle aree di alimentazione delle sorgenti Moresco, che sono risultate comprese tra i 364 e i 381m s.l.m. per le sorgenti Moresco Alta e Sondaggio e tra i 408 e i 426m s.l.m. per la sorgente Moresco Galleria. Sulla base di queste quote e del quadro idrogeologico-strutturale, ma anche considerando le indicazioni chimiche ed idrodinamiche, sono inoltre state fatte ipotesi sulle aree di alimentazione delle sorgenti.

Abstract

In a contest characterized by a strong and significant human pressure, the karst aquifer systems are an important alternative to the conventionally exploited aquifer systems for water supplying, thanks to the high quantity of water that they can contain and to the good quality of these water resources due to the limited human presence in the areas where they usually develop.
The Apuan Alps area is characterized by a high rainfall and huge quantities of good-quality water resources that are stored in karst aquifers and threatened by the presence of several quarries of marbles and abandoned mines, in which the mineralizations - mainly barite, pyrite and Fe-oxide - were mined until the end of the 1900. In fact, in the Baccatoio Stream basin (i.e. the investigated area in this thesis), which is located in the southern Apuan Alps, there are several abandoned mines that discharge contaminated acid mine drainages (AMD), thus causing the dispersion of toxic and potentially toxic elements (PTE), including thallium, into streams and groundwaters.
This thesis was mainly focused on the springs named Moresco Alta, Moresco Sondaggio and Moresco Galleria, with the aim to understand processes and mechanisms affecting the quantity and quality features of the groundwater systems drained by these springs.
The latter are close to each other and to the Baccatoio Stream in the middle part of the catchment, and they are fed by a karst aquifer system. The Moresco Galleria is the only spring that feeds the aqueduct of the village of Valdicastello Carducci and Pietrasanta (Lucca), given that the Moresco Alta and Moresco Sondaggio are occasionally contaminated by thallium. The aforementioned proximity of the three springs and the stream makes possible the connections between stream water and groundwater and among the groundwater flow paths that reach the springs. Hence, the necessity to thoroughly characterize the water flows, both in quantity and quality, and to check if the Moresco Galleria might be affected by contamination from toxic and potentially toxic elements.
The study of Moresco springs is carried out in collaboration with water managing society GAIA S.p.A. and it consisted in: a geological-structural rebuilding of the area surrounding the springs by means of the realization of geological sections; a continuous monitoring of flow rate hydrometric level and physico-chemical parameters (temperature and electrical conductivity) at the springs and the Baccatorio Stream, which were useful to understand the aquifer hydrodynamic conditions; two-monthly on-site measurements (flow rate and physico-chemical parameters) and sampling of the Baccatoio Stream and the Moresco springs; chemical and isotopic analyses, which were useful to the water geochemical characterization and to make hypotheses about the recharge areas of the Moresco springs; a tracking test to detect possible hydraulic connection between the Baccatoio Stream and the Moresco springs; a detailed study of a meteoric event to estimate the elapsed time between rainfall events and springs response.
The integration of the data that are obtained from the aforementioned techniques allowed to: (i) define the karst aquifer has a very high permeability and low storage, as suggested by low-elapsed time between rainfall and springs response (8 hours on average) and quick flow rate decreases during recession periods; (ii) identify the existence of two different groundwater circulation systems, one deeper, that feeds the Moresco Galleria (with higher temperature and electrical conductivity values, higher response time and less varying isotopic composition than the two others) , and one shallower that fed the two other springs which are identical in terms of hydrodynamic, chemical and isotopic characteristics; (iii) highlight a direct connection between the Baccatoio Stream and the Moresco Alta and Sondaggio springs that is confirmed by hydrodynamic data, mainly from the electrical conductivity profile of the two springs and the stream during intense events, chemical and isotopic data; (iv) estimate the recharge average altitude for the Moresco springs, which range from 364 to 381m a.s.l. for Moresco Alta and Sondaggio springs and from 408 to 426m a.s.l. for Moresco Galleria spring. Considering these values, the hydrogeological-structural framework, and chemical and hydrodynamic indications, some hypotheses on the recharge areas were also done.
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