Modellizzazione numerica del sistema acquifero della pianura compresa tra il Fiume Ombrone e Talamone

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INTRODUZIONE 
 
La conoscenza delle risorse e delle riserve idriche, il loro utilizzo 
razionale e la loro protezione sono di importanza capitale per la 
ricchezza e lo sviluppo agricolo, economico o industriale di una regione. 
La gestione idrica, sia nelle zone aride che nei paesi con elevata 
piovosità, ma ad elevato consumo di acqua, ha per scopo il 
coinvolgimento di tutte le risorse ed il loro utilizzo con il massimo 
rendimento ottenibile. Le acque sotterranee, rispetto a quelle 
superficiali, presentano dei vantaggi importanti come la 
regolarizzazione delle portate per accumulo naturale e la protezione 
contro le perdite per evaporazione e gli inquinamenti della superficie. 
Per contro, la loro protezione e gestione richiedono dei mezzi tecnici 
particolari che le ricerche intraprese nel corso degli ultimi anni 
permettono attualmente di affrontare con metodo. Le acque sotterranee 
rappresentano una ricchezza naturale, capitale spesso costituitosi nel 
corso di molti secoli e millenni, difficilmente implementabile e a volte 
addirittura non rinnovabile. Questa eredità deve essere conservata sia 
in quantità che in qualità e occorre quindi farne uso con prudenza. Ogni 
programma di gestione sarà stabilito con lo scopo essenziale di evitare 
il prosciugamento  delle riserve, causa di gravi  difficoltà  e di  disagi 
economici ed umani considerevoli. Da qui nasce l’importanza della 
gestione delle risorse idriche. È utile ricordare che la valorizzazione 
regionale esige una programmazione della gestione di tutte le risorse 
presenti nelle acque, sia di superficie che sotterranee, che costituiscono 
un unico complesso dal doppio punto di vista di qualità e quantità. La 
soluzione razionale ha per scopo l’armonizzazione e il coordinamento di 
tutte le risorse presenti nelle acque. Gli studi devono volgere 
sull’idrologia essendo stata questa definita Scienza delle acque della 
Terra. Uno dei suoi mezzi di studio importanti è la geologia applicata al 
ciclo dell’acqua o idrogeologia (CASTANY, 1968). 
L’idrogeologia è la branca delle geologia applicata che si occupa 
della ricerca, della captazione, dell’utilizzazione razionale e della
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protezione delle risorse idriche sotterranee (CELICO, 1988); questa 
disciplina ha assunto, negli ultimi decenni, un ruolo sempre più 
importante in quanto l’aumento della qualità della vita, l’incremento 
demografico e l’insorgere di nuove attività, riguardanti sia l’industria che 
l’agricoltura e la zootecnica, hanno comportato e comportano una 
richiesta sempre maggiore di acqua senza che a questa faccia riscontro 
una adeguata disponibilità. Le notevoli richieste idriche hanno talora 
provocato un irrazionale moltiplicarsi di prelievi nelle falde sotterranee, 
con effetti dannosi sia per quanto concerne il progressivo ridursi delle 
risorse disponibili, sia per quanto riguarda le conseguenti alterazioni 
chimiche delle acque e l’incidenza che certi interventi incontrollati 
possono anche avere sulla stabilità dei terreni coinvolti. 
  Com’è noto, le falde sotterranee rappresentano, in molte zone della 
Toscana Meridionale, cospicui invasi naturali ed assumono 
un’importanza fondamentale in molte aree, dove le acque superficiali 
non possono essere raccolte in quantità sufficiente. Il settore di studio 
occupa la zona di collegamento tra le pianure alluvionali dei fiumi 
Ombrone e Albegna, con un’estensione longitudinale di circa 20 Km, 
confinato ad Ovest dai Monti dell’Uccellina e ad Est da rilievi collinari, 
coprendo una superficie di circa 65 Km². L’area ha un carattere 
prettamente agricolo, pertanto i fabbisogni idrici sono legati quasi 
esclusivamente all’utilizzo in questo settore. 
Per la gestione e la pianificazione delle risorse idriche sotterranee è 
importante valutare la loro disponibilità nel tempo e nello spazio. Per 
effettuare tale previsione è necessario l’uso di modelli di simulazione 
che permettano di valutare la disponibilità in funzione del sistema 
idrogeologico in esame e di attuare delle previsioni sullo stato delle 
risorse potenziali e di proporre una corretta gestione. 
Lo scopo di questa tesi è stato quello di cercare di ricostruire un 
modello numerico del sistema acquifero presente nella zona, partendo 
da un inquadramento dell’area e da una raccolta e strutturazione di vari 
dati indispensabili per la ricostruzione di uno schema concettuale del 
sistema idrogeologico. Per modellizzare un’area è necessario
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conoscere, nel miglior modo possibile, tutti gli elementi che 
intervengono nel sistema, che è analizzato come un sistema aperto, in 
cui il trasferimento di massa è rappresentato dagli afflussi e dai deflussi 
idrici, sia naturali che antropici. La ricostruzione di questo modello 
concettuale del sistema idrogeologico è il passo più importante per 
l’applicazione del modello matematico e per ottenere risultati attendibili. 
Infatti il «modello matematico» di un sistema idrologico non è la realtà, 
ma bensì la realizzazione di una rappresentazione schematica 
(«schema astratto») del sistema reale creata appositamente per 
studiare gli effetti dei complessi meccanismi che hanno luogo nel 
sistema stesso; il livello di dettaglio di questa schematizzazione è 
influenzato dalle specifiche conoscenze che si hanno sulla struttura e 
sul comportamento del sistema nei vari aspetti, ma anche dalla 
tipologia della problematica e degli scopi per cui il modello viene 
impiegato. È stato necessario quindi interpretare la zona per poter 
giungere a quella “rappresentazione semplificata della realtà” 
essenziale per la realizzazione pratica del modello. Una volta 
realizzato, il modello è stato confrontato con la realtà, passaggio 
indispensabile per testarne la bontà; a tale scopo è stata fatta una 
verifica sia per ciò che riguarda la geometria del sistema (confrontando 
le sezioni idrogeologiche reali con quelle realizzate dal software) che 
per i carichi idraulici (confrontando le carte delle isopiezometriche reali 
con quelle ottenute dalla simulazione). 
È bene ricordare comunque che un modello matematico consiste 
nell'insieme delle relazioni (algebriche, differenziali ed integrali) che 
rappresentano il comportamento del sistema e che descrivono i legami 
funzionali esistenti tra le varie componenti, le opportune condizioni ai 
limiti e iniziali, nonché i vincoli esterni; esso è da considerarsi 
essenzialmente uno strumento a disposizione per l'analisi dei problemi 
di pianificazione dell'uso e di gestione del sistema idrologico in esame e 
come tale deve essere utilizzato in modo appropriato senza 
trascenderne i limiti e le capacità proprie.
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1 – INQUADRAMENTO GEOGRAFICO, MORFOLOGICO E 
CLIMATICO 
 
1.1 – Localizzazione geografica e aspetti morfologici 
 
La zona oggetto di tesi, situata nei comuni di Grosseto, Magliano in 
Toscana e Orbetello (Fig. 1.1), occupa una superficie di circa 65 km² e 
figura nei fogli numero 331 e 342 della nuova Carta Topografica d’Italia 
in scala 1:50.000. 
L’area studiata rappresenta il settore di collegamento tra le pianure 
alluvionali dei fiumi Ombrone ed Albegna. Tale zona, visibile in dettaglio 
tramite la veduta aerea di Fig. 1.2, è caratterizzata dalla presenza di 
una vasta area pianeggiante che confina: a Nord con il corso del fiume 
Ombrone, nel tratto tra Pian di Barca e il Voltone; ad Est con una serie 
di rilievi collinari come il Poggio Argentiera e il M.te Cornuto (246 m 
s.l.m.), quest’ultimo con l’aspetto di un massiccio dai contorni piuttosto 
regolari e solcato radialmente da alcuni piccoli corsi d’acqua che vanno 
ad alimentare i fossi Carpina e Porchereccia; ad Ovest con i M.ti 
dell’Uccellina, che non superano i 417 m s.l.m. del Poggio del Leccio, 
anch’essi solcati da piccoli corsi d’acqua che vanno ad alimentare i 
fossi presenti nella zona tra cui i più importanti sono il Fosso Perazzeta 
e il Fosso Fonteleccio; infine, la parte meridionale, avente quote 
altimetriche inferiori a 3 m s.l.m. e’ caratterizzata da una zona 
pianeggiante, denominata Il Tombolello, che si estende verso Sud fino 
al tratto di mare che va da Talamone a La Puntata. 
Nei settori settentrionali e meridionali della zona sono presenti una 
rete di corsi d’acqua secondari, prevalentemente artificiali, realizzati 
durante la bonifica della pianura e facilmente riconoscibili per il loro 
andamento rettilineo e gli argini manufatti; tra questi spiccano, per 
dimensioni, il Canale Essiccatore Principale dell’Alberese a Nord e il 
Solco di Collecchio a Sud.
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Fig. 1.1 –Ubicazione dell’area di studio (in rosso) nell’ambito della Provincia di 
Grosseto.
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Fig. 1.2 – Veduta aerea (volo del giugno 1999) dell’area di studio, delimitata dalla linea 
in rosso.
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1.2 – Elementi climatici generali 
 
Le informazioni necessarie per un corretto inquadramento climatico 
dell’area in studio sono state ricavate con riferimento ai dati relativi alla 
stazione termopluviometrica dell’Alberese riportati in A.A.T.O. 6 (1998); 
ulteriori informazioni sono state tratte da BARAZZUOLI et alii (1993) e 
dalla “Carta Climatica  della Toscana” di RAPETTI & VITTORINI (1994). 
Il primo elemento di una certa importanza riguarda l’eliofania (o 
durata del soleggiamento) che, relativamente alla stazione di Grosseto 
(l’unica di questo tipo nella Toscana meridionale), risulta variabile da un 
minimo di 3,2 ore in Dicembre ad un massimo di 10,9 ore in Luglio e 
con un valore medio pari a 6,5 ore; quest’ultimo valore si avvicina ai 
massimi assoluti italiani che, proprio nel litorale tirrenico, trovano la loro 
collocazione in ragione delle privilegiate condizioni di trasparenza 
dell’aria connesse con i fenomeni legati alla circolazione generale 
dell’atmosfera. 
Considerando l’anno idrologico medio 1967-1996, con riferimento 
alla stazione di Alberese, la zona studiata è caratterizza da una 
temperatura media annua di 14,5 °C, con valori medi di 7,3 °C in 
Gennaio (minimi) e di 23,4 °C in Agosto (massimi); negli stessi mesi 
dominano, rispettivamente, i venti da NE e da SW, mentre a livello 
annuo si assiste ad un certo equilibrio nella frequenza dei venti dalle 
varie direzioni (con un minimo netto per le correnti da NW).  
Per quanto riguarda i dati pluviometrici, essi mostrano un massimo 
ed un minimo in corrispondenza, rispettivamente, di Novembre con 81,7 
mm e di Luglio con 17,3 mm ed un valore totale annuo pari a 631,5 
mm. 
Per una maggiore conoscenza climatica dell’area si è ritenuto 
opportuno riportare qui di seguito i valori di alcuni parametri tratti dalla 
“Carta Climatica della Toscana”: 
Decile superiore: E’ un indice della variabilità interannuale degli 
afflussi meteorici e rappresenta la quantità massima di precipitazione 
(in mm) che si verifica in media un anno ogni dieci; i valori sono
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compresi tra 680 e 900 mm nella zona del delta del fiume Ombrone e 
tra 900 e 1200 mm nel resto della pianura. Per la pianura dell’Albegna è 
ovunque fra 680 e 900. 
Decile inferiore: E’ il corrispondente minimo dell’indice sopra detto, 
ovvero corrisponde alla quantità minima di precipitazione che si verifica 
in media un anno ogni dieci. Per il settore meridionale della pianura di 
Grosseto è compreso tra 320 e 420, mentre per quella dell’Albegna è 
ovunque fra 420 e 550. 
Numero dei mesi secchi: Si intendono quei mesi in cui, mediamente,  
le precipitazioni sono inferiori a 2 mm; è in pratica un indice di aridità ed 
è pari a 4 nella pianura di Grosseto e 3 in quella dell’Albegna (ciò vuol 
dire che nella pianura di Grosseto ci sono quattro mesi secchi, tre in 
quella dell’Albegna). 
Un elemento che ha probabilmente un’incidenza non trascurabile 
sulla salinizzazione delle falde delle pianure maremmane è la 
diminuzione delle precipitazioni registrate negli ultimi decenni; ad 
esempio, nel quadriennio 1989-1993 fu registrata nel Parco Naturale 
della Maremma una precipitazione pari al 60% di quella del periodo 
1938-1988. Questo fenomeno, che causa ovviamente una diminuzione 
delle risorse idriche rinnovabili, è stato riconosciuto nell’ambito 
dell’intero territorio della Toscana meridionale ad un tasso di circa -1,4 
mm/anno (BARAZZUOLI & SALLEOLINI, 1993) e, addirittura, di circa    
-1,5 mm/anno nel periodo 1967-1996 (BARAZZUOLI et alii, 2003). 
Tutti i dati raccolti, relativi alla stazione dell’Alberese ed elaborati in 
funzione della classificazione di THORNTHWAITE (1948), portano alla 
determinazione della seguente formula climatica:  
C
1
.B’
2
.s
2
.b’
4 
in base alla quale il clima della zona può essere definito come 
subarido C
1
, mesotermico B’
2
, con eccedenza idrica elevata in inverno 
s
2
 e con concentrazione estiva dell’efficienza termica b’
4
.
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2 –  INQUADRAMENTO GEOLOGICO  
 
Al fine di definire correttamente le caratteristiche geometrico-
strutturali del sistema acquifero studiato, risulta di fondamentale 
importanza la caratterizzazione  delle unità litostratigrafiche, sia 
affioranti che presenti nel sottosuolo, e la definizione  dei relativi 
rapporti; ciò risulta indispensabile per individuare quelle unità, formate 
da litotipi a buona o elevata permeabilità, che permettono in modo 
efficiente all’acqua sia di infiltrarsi nel sottosuolo che di esservi 
contenuta (acquifero come serbatoio) e trasmessa (acquifero come 
condotta). 
Le conoscenze geologiche, derivanti da materiale bibliografico, sono 
risultate assai scarse e spesso non sufficientemente documentate. In 
questo lavoro è stata usata come riferimento la carta geologica 
realizzata da FANTI (1996), che è stata digitalizzata e georeferenziata 
ed è riportata in Tav. 1; recentemente, è stata realizzata una nuova 
carta geologico-strutturale dei Monti dell’Uccellina (CAMPETTI et alii, 
2004), che ha però una trattazione troppo generica dei sedimenti della 
pianura alluvionale ed è quindi di scarso interesse per le finalità della 
tesi. 
Nel lavoro di FANTI (1996), per sopperire alla mancanza di 
informazioni, è stata svolta una campagna di rilevamento sui sedimenti 
recenti finalizzata al controllo e all’ampliamento delle conoscenze al 
riguardo; detto studio geologico ha incontrato notevoli difficoltà sia nel 
rilevamento, per l’attività dell’uomo sul territorio (opere di bonifica e di 
urbanizzazione), che nel difficile confronto dei dati di superficie con 
quelli del sottosuolo.