L'acquifero confinato in ghiaie della pianura costiera di Pisa: aggiornamento dei dati idrogeologico-geochimici e considerazioni sul fenomeno dell'intrusione marina

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1. INTRODUZIONE E SCOPO DELLA TESI 
 
La presente Tesi di Laurea si inserisce in un progetto di ricerca intitolato “Studio del 
fenomeno dell’intrusione marina nella falda confinata in ghiaie e dei rapporti tra sistema 
freatico e confinato nell’area del Parco Regionale Migliarino - S. Rossore - Massaciuccoli 
(MSRM) compresa tra Fiume Arno e Canale Scolmatore” che prevede lo sviluppo di indagini 
idrogeologiche-idrogeochimiche nella fascia costiera della Pianura Pisana. Il progetto è svolto 
dal Dipartimento di Scienze della Terra (DST) di Pisa, in stretta collaborazione con il 
Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto di Geoscienze e Georisorse (CNR-IGG).  
La Pianura Pisana, situata nella Toscana centro-occidentale, presenta un assetto idrogeologico 
costituito da un acquifero superficiale poco sfruttato e dal sottostante acquifero multistrato 
confinato (Amc). Quest’ultimo è caratterizzato da un primo orizzonte sabbioso (1° acquifero 
confinato in sabbie) e da un secondo orizzonte ghiaioso-ciottoloso (1° acquifero confinato in 
ghiaie). Il livello in ghiaie dell’acquifero multistrato della Pianura di Pisa, oggetto del 
presente lavoro di Tesi, che si trova in generale ad una profondità compresa tra 50 e 100 m 
sotto il livello del mare ed è spesso circa 10-20 m, è costituito da ciottoli e ghiaie di 
dimensione e litologia diversa, in matrice sabbiosa. Esso contiene certamente una delle 
principali risorse idriche per approvvigionamento idropotabile, industriale e agricolo, 
sebbene, in diversi casi, l’acqua non sia di ottima qualità. Il chimismo di tale acquifero si lega 
anche alla problematica dell’intrusione marina: recenti studi (Butteri et al., 2010; Cignoni, 
2012; Neri, 2014), effettuati sulle acque dei pozzi presenti nella zona, hanno evidenziato tale 
caratteristica, soprattutto nell’area di Tirrenia-Calambrone, dove una ingressione di acqua di 
mare influirebbe notevolmente sulla qualità delle acque dell’acquifero con importanti 
conseguenze per le aziende agricole e per tutte le realtà produttive presenti nell’area, che 
sfruttano tale risorsa. 
Nell’ambito del presente lavoro di Tesi sono state effettuate due campagne di misura nei mesi 
di Settembre 2013 e Febbraio 2014: i punti d’acqua analizzati sono una quarantina di pozzi, 
11 piezometri e le acque superficiali del Fiume Arno e del Canale Scolmatore. In ognuno di 
questi è stato misurato il livello piezometrico (livello idrometrico per quanto riguarda i corsi 
d’acqua) e sono state effettuate le misure (in situ) di conducibilità elettrica (μS/cm a 25 °C), 
pH e temperatura (°C). Per la campagna di Settembre 2013 è stata svolta anche l’analisi 
chimica dei campioni  presso il Laboratorio di Chimica delle Acque del CNR-IGG di Pisa. A 
partire dalla rielaborazione dei dati sono stati costruiti dei diagrammi classificativi che hanno
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permesso di riconoscere le facies idrochimiche presenti ed eventuali mescolamenti tra le varie 
componenti che entrano in gioco nel sistema, tra cui l’acqua di mare. 
Lo scopo finale di questa Tesi è in particolare lo studio dell’acquifero confinato in ghiaie della 
pianura costiera pisana, sotto l’aspetto idrogeologico e idrogeochimico, al fine di valutare il 
fenomeno dell’intrusione marina e i meccanismi con cui questa avviene, oltre che verificare i 
rapporti tra acquifero confinato, acquifero freatico, acqua di mare e acque superficiali. 
L’insieme dei risultati sarà una risorsa fondamentale per il controllo qualitativo e quantitativo 
della risorsa idrica con l’obiettivo di evitare, o quantomeno ridurre, eventuali danni ambientali 
causati dal sovrasfruttamento o da interventi non idonei sul territorio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
  * Tesi inserita all’interno del progetto di ricerca “Studio del fenomeno 
dell’intrusione marina nella falda confinata in ghiaie e dei rapporti tra sistema 
freatico e confinato nell’area del Parco Regionale Migliarino - S. Rossore - 
Massaciuccoli (MSRM) compresa tra Fiume Arno e Canale Scolmatore” e per 
una parte svolta in collaborazione con Daniele Neri - http://www.tesionline.it/
default/tesi.asp?idt=48135
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2. INQUADRAMENTO DELL’AREA DI STUDIO 
 
2.1 INQUADRAMENTO GEOGRAFICO 
 
La Pianura di Pisa si trova nel settore litoraneo nord-occidentale della Toscana (Fig. 2.1a), 
copre una superficie di circa 450 Km
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 ed è compresa fra 43°35’00” e 43°40’44” di latitudine 
nord e fra 10°17’40” e 10°26’37” di longitudine est (www.regione.toscana.it). 
 
 
Fig. 2.1a - Fotografia aerea dell’area di studio (da GoogleEarth, 2014). 
 
L’area oggetto di studio di questa Tesi è ubicata nella fascia costiera della Pianura Pisana e 
risulta delimitata a nord dal Fiume Arno e a sud dal Canale Scolmatore (Fig. 2.1b).
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Fig. 2.1b - Ubicazione geografica dell’area di studio. 
 
Dal punto di vista amministrativo, l’area di studio comprende per la maggior parte il territorio 
di competenza del Parco di Migliarino - S. Rossore - Massaciuccoli (Fig. 2.1c), istituito dalla 
Regione Toscana con la legge regionale n. 61 del 13/12/1979; esso si estende lungo la fascia 
litoranea per 32 km e, nell’entroterra, arriva fino alle falde dei Monti Lucchesi e Pisani, 
allargandosi in distese pianeggianti fino allo scolmatore dell’Arno, ai confini amministrativi 
tra Pisa e Livorno. La superficie complessiva del Parco è di 23.114 ettari: 5.846 ettari 
costituiscono la Tenuta di San Rossore, 780 ettari la Macchia Lucchese, 3.705 ettari la zona 
del Lago di Massaciuccoli e 3.776 ettari la Macchia di Migliarino. 
Il Piano Territoriale del 1986 ha destinato 2.234 ettari all’allagamento, cioè a settori adibiti al 
rispristino di specchi d’acqua per la rinaturalizzazione dei terreni più depressi.
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Fig. 2.1c - Carta dei limiti amministrativi del Parco Regionale Migliarino - San Rossore - Massaciuccoli 
(da http://www.parcosanrossore.org). 
 
 
2.2 INQUADRAMENTO GEOLOGICO DELL’AREA 
 
La genesi della pianura costiera della Toscana nord-occidentale è legata alla tettonica 
estensionale del periodo tardo Miocene-Pleistocene, che ha dato origine, in tutto il territorio 
regionale, a morfostrutture negative alternate ad alti morfostrutturali. Tale alternanza si è
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generata dalla combinazione di due tipi principali di elementi lineari (Bartolini et al., 1982; 
Boccaletti & Coli, 1983): 
 
a) elementi longitudinali a direzione NW-SE 
 
b) elementi trasversali a direzione NE-SW 
 
I primi elementi hanno il carattere di faglie dirette ed agiscono in regime di distensione, 
mentre i secondi rappresentano strutture trasversali con caratteri di trascorrenza, che 
determinano evidenti discontinuità in senso longitudinale separando settori ad evoluzione 
tettonica e paleogeografica diversa (vedi Fig. 2.2a). 
 
 
Fig. 2.2a - Bacini Plio-Quaternari in Toscana (da Bartolini et al., 1982). a - elementi longitudinali a 
direzione NW-SE; b - elementi trasversali a direzione NE-SW.
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La struttura a graben che comprende l’area di studio, denominata Bacino Versiliese-Pisano, si 
estende dalla foce del Magra ai dintorni di Pisa e di Livorno (Fig. 2.2b). Tale struttura 
consiste in una depressione tettonica di forma sub-triangolare allungata, orientata NW-SE e 
delimitata ad est dalle Alpi Apuane, dai Monti d’Oltre Serchio e dai Monti Pisani, ad ovest 
dalla dorsale di Viareggio, sommersa dal mare, ed a sud dai Monti Livornesi e quelli di 
Casciana Terme (Mazzanti & Pasquinucci, 1983). Questa depressione tettonica, il cui 
sprofondamento nella parte assiale e centrale (zona di Viareggio), iniziato nel Miocene 
superiore, è valutato in circa 3.000 metri (Tongiorgi, 1978), è stata successivamente colmata 
da sedimenti detritici incoerenti di origine marina, marino-transizionale e continentale, in 
quest’ultimo caso derivanti principalmente dai bacini dei fiumi Magra, Serchio ed Arno. Il 
substrato litoide di tale depressione è costituito da formazioni della successione toscana e/o 
ligure, analoghe a quelle che si rinvengono nei Monti Pisani e in quelli d’Oltre Serchio 
(Giannini & Nardi, 1965; Rau & Tongiorigi, 1974). 
 
 
Fig. 2.2b – Schema tettonico del litorale lunense–pisano (da Mazzanti & Pasquinucci, 1983, modificato). 
 
Durante il Pleistocene medio, il carico solido proveniente dai corsi d’acqua, e quindi la 
costruzione delle pianure e dei litorali, sono stati fortemente influenzati dalle variazioni del
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livello marino, collegate con le vicende del glacialismo. Con la variazione negativa del Würm 
II, i depositi  alluvionali del paleo-Serchio (a quel tempo confluente in Arno) danno origine ad 
un livello ciottoloso leggermente inclinato verso mare, posto ad una profondità circa 
compresa tra 40 e 60 metri sotto la Piana di Pisa (Doveri et al., 2009). Il ritiro del mare è 
seguito dal formarsi di notevoli complessi di dune, ad oggi rintracciate nel sottosuolo di 
Viareggio e Pisa ed affioranti con le loro culminazioni in sinistra dell’Arno e tra Arno e 
Serchio. Su questi depositi si accumularono successivamente limi fluvio-palustri, 
riconducibili ad una ridotta attività fluviale, legata probabilmente sia alla cessazione 
dell’abbassamento eustatico del livello marino sia ad un inaridimento del clima (Della Rocca 
et al., 1987) e infine, al di sopra dei limi fluvio-palustri si trovano le sabbie eoliche. Dopo 
l’acme della glaciazione würmiana il livello del mare inizia a salire (trasgressione versiliana), 
senza tuttavia mai oltrepassare quello attuale (Mazzanti & Pasquinucci, 1983). La 
trasgressione versiliana progredisce verso l’interno fino al II-I secolo a.C., dopodiché, 
sebbene il livello del mare continui lentamente e mediamente a salire, in tutto il litorale 
versiliese-pisano si verifica l’avanzamento delle spiagge. Questo fenomeno è determinato 
dall’aumento degli apporti solidi dei corsi d’acqua, ed in modo particolare dell’Arno, a sua 
volta favorito da alcune attività antropiche, come il notevole disboscamento e l’estensione 
delle pratiche agricole in seguito alla colonizzazione romana (Mazzanti & Pasquinucci, 1983). 
L’effetto combinato della formazione di dune e del progressivo innalzamento del livello 
marino, hanno impedito un agevole sbocco al mare dei corsi d’acqua, favorendo lo sviluppo 
di paduli e lagune e la deposizione di sedimenti fini con presenza di torba e lignite (Fancelli, 
1984). L’esempio più significativo di questo tipo di morfogenesi costiera è rappresentato dal 
Lago di Massaciuccoli e dalle zone acquitrinose ad esso adiacenti, attualmente in buona parte 
drenate da canali artificiali.  
Il meccanismo di accrescimento del litorale è avvenuto attraverso la formazione di barre 
parallele che, inizialmente sommerse, venivano col tempo ad emergere in lunghi lidi paralleli 
alla linea di riva, che separavano strette lagune interdunali o più ampi specchi d’acqua 
retrodunali, che hanno permesso la deposizione di modesti livelli limosi con intercalazioni 
torbose. L’emersione dei lidi, favorendo l’accumulo delle sabbie trasportate dal vento, ha 
contribuito poi alla formazione di cordoni di dune e alla trasformazione delle lagune in paludi, 
con il conseguente ampliamento delle terre emerse.