Autorità di Bacino del Fiume Serchio Provincia di Lucca ARPAT Consorzio di Bonifica 1 Toscana Nord

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1 6C. Monitoraggio del lago di Massaciuccoli Autorità di Bacino del Fiume Serchio Provincia di Lucca ARPAT Consorzio di Bonifica 1 Toscana Nord ANALISI DATI DI CONDUCIBILITÀ ELETTRICA NEL CANALE BURLAMACCA E LAGO DI MASSACIUCCOLI Rev. 03, ottobre 2014 Piano di Gestione delle Acque del distretto idrografico del fiume Serchio

2 Gruppo di lavoro: DOTT.SSA GABBRIELLI ILARIA ( 1 ) ING. DI GRAZIA ANDREA ( 1 ) 1 Autorità di Bacino Pilota del Fiume Serchio 2/115

3 SOMMARIO 1 PREMESSA INTRODUZIONE IL CANALE BURLAMACCA IL MODELLO CONCETTUALE PORTE VINCIANE NOTE SUL FUNZIONAMENTO IDRAULICO QUALITÀ: PARATOIA GONFIABILE IN POSIZIONE DI RIPOSO QUALITÀ: PARATOIA GONFIABILE IN POSIZIONE DI CHIUSURA DEL CANALE STIMA DELL INGRESSIONE SALINA SAN ROCCHINO NOTE SULL ANDAMENTO STAGIONALE PROFILI DI CONDUCIBILITÀ LUNGO IL CANALE BURLAMACCA IL FOSSO FARABOLA CONCLUSIONI IL SISTEMA DELLE CAVE INQUADRAMENTO GEOLOGICO CAVA DI SAN ROCCHINO CAVA DI INCROCIATA SEZIONE II SEZIONE III SEZIONE IV CAVA SISA CAVA TORRE DEL LAGO CAVA DELLA DUCHESSA (CAVA SAMI) CURVE DI INVASO PROFILI DI CONDUCIBILITÀ NEL SISTEMA DELLE CAVE CONCLUSIONI SINTESI NON TECNICA PROPOSTE DI APPROFONDIMENTO /115

4 1 PREMESSA In data 25 settembre 2012, da parte di Regione Toscana, Ente Parco Regionale Migliarino S. Rossore - Massaciuccoli, Autorità di Bacino del Fiume Serchio, Provincia di Lucca, Provincia di Pisa, Consorzio di Bonifica Versilia Massaciuccoli, ARPAT, Capitaneria di Porto di Viareggio ed i Comuni di Viareggio, Massarosa e Vecchiano, è stato firmato il documento Nodo idraulico del canale Burlamacca: porte vinciane storiche e nuova barriera mobile Protocollo di funzionamento. In tale documento, tra le altre cose: viene definito quale nodo idraulico il sistema di presidi idraulici comprendente le Porte Vinciane storiche e la nuova barriera mobile sul canale Burlamacca, ne viene definito un protocollo di funzionamento ed individuati gli orari di apertura alla navigazione (punto 2 del protocollo). Viene istituita una Cabina di regia decisionale permanente costituita da Autorità di Bacino del Fiume Serchio, Regione Toscana, Provincia di Lucca, ARPAT, Consorzio di Bonifica Versilia Massaciuccoli, Ente Parco regionale Migliarino S. Rossore Massaciuccoli e Comune di Viareggio, con competenza su tutte le problematiche legate al lago di Massaciuccoli. A supporto delle decisioni della Cabina di regia viene posto un Tavolo Tecnico Ristretto costituito da rappresentanti di Autorità di Bacino del Fiume Serchio, Provincia di Lucca, ARPAT e Consorzio di Bonifica Versilia Massaciuccoli, finalizzato principalmente alle valutazioni di carattere tecnico ed alla sperimentazione del Protocollo di funzionamento (punto 7 del protocollo). Viene individuato un periodo di monitoraggio e sperimentazione del protocollo stesso nonché una serie di aspetti tecnico scientifici che dovranno essere approfonditi e valutati, con particolare riferimento alla stima dell ingressione salina in varie modalità di funzionamento delle porte vinciane (ad es. verifica degli effetti legati alla marea, verifica dell infiltrazione a porte vinciane chiuse, ecc.) ed alle modalità di invaso delle acque marine all interno del nodo e da qui verso il lago di Massaciuccoli (punti 8 e 9 del protocollo). L intero protocollo ha avuto attuazione ed in questo documento sono illustrate le attività condotte relativamente ai punti 8 e 9 del protocollo stesso. Il presente documento è stato discusso all interno del Tavolo Tecnico Ristretto, con il particolare contributo del Dott. Mario Cenni di ARPAT, dell Ing. Gennarino Costabile della Provincia di Lucca e dell Ing. Leonardo Giannecchini del Consorzio di Bonifica Versilia Massaciuccoli. Hanno collaborato per la fase di acquisizione dei dati Benedetti Antonio e Ghilarducci Mario del Consorzio di Bonifica Versilia Massaciuccoli, Lorenzo Danilo, Lagazzi Cristina e Sforzi Tommaso per l Autorità di Bacino Pilota del Fiume Serchio. 4/115

5 2 INTRODUZIONE Il territorio in cui oggi ricade il lago di Massaciuccoli, era inizialmente una vasta laguna costiera, delimitata dalle conoidi dei torrenti Salice e Stiava a nord e dal delta dell'arno/serchio a sud. L area era soggetta ad un'azione di colmata da parte sia del Serchio che del reticolo minore ed è sempre stata presente, sia per finalità economiche che di salubrità, la necessità di una sistemazione idraulica. Al tempo dei Romani il lago, molto più vasto dell attuale, aveva un emissario artificiale che scaricava le sue acque verso il fiume Serchio, la cosiddetta Fossa Magna. Successivamente fu scavato il canale della Bufalina ed adattato il fosso che poi diventerà il Canale Burlamacca. Ad oggi, il canale Burlamacca ed il canale della Bufalina sono gli unici collegamenti del lago di Massaciuccoli con il mare; sul canale della Bufalina, nel 2004, è stato realizzato l impianto idrovoro omonimo che, dotato oggi di quattro pompe da 3500 l/s di portata nominale, in caso di piena del lago scolma il lago stesso nel canale e da qui in mare. Il Canale Burlamacca vero e proprio nasce quale riapertura di una delle cosiddette Fosse papiriane realizzate, in epoca romana nell ambito dei primi tentativi di bonifica delle paludi costiere. Il suo nome deriva da quello di un antica famiglia lucchese che, forse, finanziò l opera o sulle cui terre correva il canale. Il canale ha una lunghezza di circa 9.6 km e collega il lago di Massaciuccoli con il Mar Ligure, sfociando nel porto di Viareggio. Nasce nella porzione di Nord Est del lago e nel suo percorso attraversa l area palustre del lago, le ex cave di sabbia silicea di San Rocchino e delle Bozze e raccoglie varie immissioni di acque alte delle quali la principale è il fosso Farabola. Il tratto terminale del canale, dalla ex cava di San Rocchino al porto di Viareggio, è oggi completamente artificializzato; sulla sua foce è nato e si è sviluppato l attuale porto di Viareggio. Sul Canale Burlamacca, subito a monte della confluenza del torrente Farabola ed a circa 1.7 km dalla sua foce, sono ubicate le cosiddette Porte Vinciane. Si tratta di un opera idraulica, realizzata a metà del XVIII secolo, finalizzata ad evitare la risalita dell acqua marina lungo il canale, verso il lago di Massaciuccoli. L opera è costituita da due conche di navigazione, chiamate anche varignani, ciascuna delle quali delimitata da due porte a bilico incernierate verticalmente, che si aprono e si chiudono in modo automatico, in funzione della sola spinta della corrente, permettendo il flusso dal lago verso il mare e, viceversa, impedendo il flusso nella direzione opposta. A presidio di tale opera idraulica fu costruito un casello di guardia, noto come Casello idraulico. Dal 1919 il canale Burlamacca fa parte della via navigabile Viareggio Vecchiano, e pertanto la gestione delle porte ha dovuto sempre tener conto della necessità di permettere il passaggio dei natanti. Viste anche le problematiche di tenuta idraulica delle porte, all opera storica sopra descritta è stata affiancata una nuova paratoia a controllo pneumatico posta circa 100 m a monte della stessa. L opera è stata realizzata nel 2009 dalla Provincia di Lucca e, in attuazione del sopracitato protocollo, è gestita in modo stagionale secondo il seguente schema: 5/115

6 - Nel periodo invernale, dal 1 gennaio al 31 maggio e dal 1 ottobre al 31 dicembre, la barriera mobile è, usualmente, posta in posizione di riposo sul fondo del canale. - Nel periodo estivo, dal 1 giugno al 30 settembre, la barriera mobile è mantenuta, usualmente, in posizione di chiusura del canale (barriera in posizione verticale rispetto al canale). - Agli orari di apertura del nodo idraulico alla navigazione è presente un responsabile che provvede a tutte le manovre necessarie all eventuale transito dei navigli (movimentazione della barriera mobile e delle porte vinciane storiche). L altro aspetto caratteristico di quest area sono le ex cave di sabbia silicea. L attività estrattive ha avuto inizio verso la fine del XIX secolo con l iniziale sfruttamento dello strato torboso ai fini della produzione di combustibile e di concimi e la successiva escavazione degli strati sabbiosi sottostanti. Le sabbie silicee esistenti si rivelavano di ottima qualità ed erano pertanto utilizzate per la produzione tanto di mole abrasive quanto di intonaci civili nel campo dell edilizia ecc. Ne sono risultate profonde buche che scendono ad oltre 20 m di profondità, riempite di acqua con una significativa stratificazione salina. L estensione in profondità delle cave per l estrazione della sabbia ha messo in comunicazione diretta il sistema delle acque superficiali con l acquifero delle sabbie, acquiferi che prima erano, almeno parzialmente, separati. L obiettivo di questo lavoro è cercare di chiarire le dinamiche di un eventuale ingressione salina lungo il canale Burlamacca, dalla sua foce a mare al sistema di buche ed al lago e si basa sull analisi dei seguenti dati. - Dati raccolti dal sistema di monitoraggio della paratoia gonfiabile e più precisamente: Valori di conducibilità a 30 e 60 cm dal fondo canale, misurati immediatamente a velle della paratoia (lato mare); Controllo di apertura/chiusura della paratoia (franco libero in corrispondenza della paratoia); Livello del mare in corrispondenza della paratoia. Questi dati sono raccolti a passo 15 minuti (un passo più breve è poi automaticamente adottato dal sistema al verificarsi di condizioni particolari) ed archiviati in modo automatico. - Dati di conducibilità e temperatura nel sito San Rocchino, lungo il canale Burlamacca. Si tratta di dati raccolti ed archiviati automaticamente a passo 15 minuti da due coppie di sensori installati dalla Provincia di Lucca, anch essi posti a 30 e 60 cm dal fondo canale. - Dati di livello idrometrico misurati ed archiviati a passo 30 minuti ai seguenti idrometri: Torre del Lago Restituisce il livello di riferimento del lago di Massaciuccoli Viareggio1 Posto sul canale Burlamacca, in destra idrografica, immediatamente a monte delle porte vinciane ed a valle della barriera mobile Viareggio2 Posto valle delle porte vinciane, in sinistra idraulica, restituisce il livello di riferimento del mare. - Dati di conducibilità e temperatura misurati manualmente. Si tratta di misure condotte dall Autorità di Bacino del fiume Serchio a partire dal 2012 con cadenza indicativamente mensile. Sono stati individuati una serie di punti 6/115

7 significativi lungo il canale Burlamacca, le buche ed il lago, nei quali sono state condotte le misure di conducibilità e temperatura estese a tutta la colonna liquida. - Dati di conducibilità e temperatura nel lago di Massaciuccoli, a Torre del Lago. Si tratta di dati raccolti ed archiviati automaticamente a passo 30 minuti dalla sonda fissa sita a Torre del Lago, affiancata all idrometro omonimo. Partendo da quanto sopra è stato definito un modello concettuale fisicamente basato della dinamica salina nel nodo idraulico delle porte vinciane e lungo il canale Burlamacca. Analogamente è stato fatto per il sistema di buche delle ex cave ed il lago. In questo documento tuttavia si è ritenuto più opportuno descrivere il modello concettuale preliminarmente all analisi dei dati, al fine di una maggior chiarezza espositiva e facilità di lettura dei dati stessi. In generale, si è cercato di scrivere i capitoli in modo tale da permettere, in una prima lettura, di saltare l analisi di dettaglio dei grafici ed andare direttamente alle conclusioni del capitolo. 7/115

8 3 IL CANALE BURLAMACCA 3.1 IL MODELLO CONCETTUALE In questo capitolo è descritto il modello concettuale del nodo idraulico delle porte vinciane e dell ingressione salina alla foce del canale Burlamacca. Tale modello, fisicamente basato, è stato sviluppato a partire dall analisi dei dati riportati e dettagliati di seguito. Si è ritenuto tuttavia più opportuno descriverlo a cappello dell analisi dei dati al fine di una maggior chiarezza espositiva e facilità di lettura dei dati stessi. Lo schema concettuale immaginato è un modello tempo variante in cui i parametri, sia idraulici che di qualità, variano sia man mano che ci spostiamo lungo il canale Burlamacca sia verticalmente entro la colonna d acqua (modello bidimensionale ). Nella realtà, i fenomeni che stiamo cercando di schematizzare sono, perlomeno nell intorno delle opere idrauliche (porte vinciane e barriera mobile), spiccatamente tridimensionali e sono significativi i fenomeni di diffusione e mescolamento. Si premette quindi che con questo modello si è cercato di inquadrare i fenomeni nel loro complesso tralasciando quegli aspetti di assoluto dettaglio o eccessivamente locali. Conviene altresì evidenziare che è possibile pensare anche a modelli diversi, ma quello di seguito descritto riesce a spiegare tutti i casi analizzati in maniera semplice e coerente e si ritiene pertanto abbia buone possibilità di essere effettivamente corretto. La Figura 1 schematizza quale sarebbe la normale interazione fra acque dolci del lago ed acque salate dal mare in assenza delle porte vinciane o di altri sistemi di gestione. Il sistema nel suo complesso si può schematizzare come un serbatoio di dimensioni infinite, il mare, contenente acqua salata ed un serbatoio di acque dolci di dimensioni finite, il lago, collegati da un canale a pelo libero, il canale Burlamacca. Partendo da una condizione di uguaglianza dei livelli tra mare e lago si può pensare esista un interfaccia acque dolci / acque salate posta lungo il canale di collegamento, (Figura 1, curva 1). Tale condizione non è comunque una condizione stabile, sia per il fatto che il lago e, soprattutto, il mare cambiano di continuo il proprio livello, sia in virtù della differenza di densità tra i due liquidi (anche ipotizzando la costanza ed uguaglianza dei livelli tra lago e mare, con il tempo si instaurerebbe comunque un moto di densità fino a raggiungere un punto di stratificazione con l acqua dolce posta in superficie e l acqua salata sul fondo; in virtù del fatto che un serbatoio è finito ed uno infinito, la situazione evolverebbe infine verso la completa prevalenza dell acqua di mare). Quando il livello del mare scende al di sotto del livello del lago si instaura una corrente legata alla differenza di potenziale tra i due serbatoi, corrente che è prevalente rispetto alla corrente di densità. L interfaccia acqua dolce acqua salata si sposta in direzione mare (curva 2). Viceversa quando il livello del mare sale al di sopra del livello del lago si instaura una corrente, sempre legata alla differenza di potenziale tra i due serbatoi e prevalente rispetto alla corrente di densità, in direzione del lago. Questa volta l interfaccia acqua dolce acqua salata si sposta in direzione lago (curva 3). 8/115

9 La posizione dell interfaccia acqua dolce- acqua salata è quindi legata sostanzialmente al livello reciproco del mare e del lago e si può trovare, lungo il canale Burlamacca, in punti differenti a seconda di tale reciproco rapporto e dell istante considerato. Pertanto ipotizzando fisso il livello del lago, l interfaccia avanza verso il lago stesso con l aumento del livello del mare, conseguente ad esempio alle maree, e retrocede verso il mare quando il livello di marea scende. Con riferimento alle maree, è probabilmente da attendersi che ci sia uno sfasamento temporale tra la risalita dell onda di marea entro il canale Burlamacca ed il conseguente movimento dell interfaccia acqua dolce/acqua salata (differenza tra la celerità dell onda di marea e la velocità del flusso liquido entro il canale) Mare Lago Figura 1: Schema concettuale dei rapporti lago mare in ipotesi di assenza di porte vinciane. Lo schema si complica nel momento in cui andiamo ad inserire le porte vinciane. Con riferimento alla seguente Figura 2 infatti si osservano le seguenti casistiche: La condizione 1 rappresenta una situazione di bassa marea in cui il lago si trova ad un livello superiore al mare stesso. Le porte vinciane sono aperte e l interfaccia acqua dolce acqua salata è a valle delle porte stesse in posizione più o meno prossima al porto di Viareggio. Al crescere del livello del mare, sempre seguendo la marea, l interfaccia si sposta in direzione lago (linea 2). La curva 3 mostra la situazione in cui l interfaccia, in tempi più o meno rapidi a seconda della sua prossimità iniziale al porto di Viareggio (cfr. punto 1), è arrivata ad interessare l area delle porte vinciane. Presumibilmente è proprio in questa fase che, a causa della pressione esercitata dal mare, le porte si chiuderanno. È altresì possibile che prima della chiusura delle porte la parte basale del cuneo salino le oltrepassi. Alla condizione 4 corrisponde un livello mare superiore al lago e porte vinciane chiuse. Lato lago si osserva comunque un incremento del livello dell infiltrazione salina che risale sempre di più lungo il canale. Tale ingressione residua è da attribuirsi all inevitabile non perfetta tenuta idraulica delle porte vinciane; nel seguito tale ingressione residua è indicata con il termine cuneo di infiltrazione. 9/115

10 Il livello 5 rappresenta il massimo di marea. Si osserva che al crescere del livello del mare il fenomeno descritto al punto precedente è accentuato dalla maggiore differenza tra il livello del mare e quello del lago. Con l abbassarsi della marea tutti i fenomeni sopra descritti si ripetono in ordine inverso. Presumibilmente però lato lago lo spessore e l estensione dell infiltrazione salina saranno comunque crescenti fino a che il lago non raggiungerà livelli tali da generare un flusso di acqua dolce verso il mare (livello 6) Mare Lago Figura 2: Schema concettuale dei rapporti lago mare in presenza di porte vinciane. Nella scheda B3 relativa alle porte vinciane è descritto nel dettaglio il modo di funzionamento delle porte vinciane. Altresì, l inserimento della barriera mobile nel modello concettuale sopra descritto è dettagliato nelle schede C1 e C2, sempre nel capitolo Porte vinciane. 10/115

11 3.2 PORTE VINCIANE In questo capitolo è analizzato il comportamento del nodo idraulico delle porte vinciane, nonché i suoi effetti sulla qualità (conducibilità elettrica) delle acque in transito. L analisi è stata condotta individuando prima una serie di situazioni di comportamento tipiche e, successivamente, analizzando ciascuna di tali situazioni a partire dalle registrazioni dei dati effettuate dai vari sensori. Per ciascuna situazione è stata realizzata una scheda che riporta in intestazione il punto in esame (nodo delle porte vinciane, stazione di misura di S. Rocchino, ecc.) e la situazione fisica al momento considerato (condizione del mare, apertura o chiusura delle porte vinciane, posizione della paratoia gonfiabile, ecc.). Segue poi il grafico dei dati analizzati con una loro sintetica descrizione nonché l interpretazione che agli stessi è stata data. Il capitolo è suddiviso in tre sottocapitoli che affrontano, rispettivamente: - l analisi del nodo dal punto di vista esclusivamente idraulico, ovvero in termini di soli livelli idrici e portate in transito; - l analisi del nodo dal punto di vista qualitativo, ovvero della conducibilità elettrica delle acque in transito, in condizioni di Canale Burlamacca completamente aperto (assenza della paratoia gonfiabile oppure con paratoia gonfiabile in posizione di riposo sul fondo del canale); - l analisi del nodo dal punto di vista qualitativo in condizioni di Canale Burlamacca chiuso (paratoia gonfiabile in posizione di chiusura del canale). I grafici di seguito riportati, relativi al funzionamento delle porte vinciane, fanno riferimento al seguente schema di colori: Relativamente ai livelli idraulici sono riportati: In rosso i livelli all idrometro Viareggio 2 (idrometro lato mare); in blu i livelli registrati all idrometro Viareggio 1 (idrometro lato lago); in verde i livelli registrati all idrometro Torre del Lago. I valori sono espressi in m s.l.m.m. Relativamente alla conducibilità elettrica sono riportati: in blu i valori del sensore di conducibilità posto a 30 cm dal fondo del canale (sensore profondo); in rosso quelli relativi al sensore posto a 60 cm dal fondo del canale (sensore superficiale). I sensori sono posti in corrispondenza della barriera pneumatica, lato mare. I valori sono in ms/cm. Si fa l ipotesi che i valori dell idrometro Viareggio 2 siano rappresentativi del livello del mare e non siano significativamente influenzati dalle portate in transito nel Canale Burlamacca. Si ipotizza altresì che le porte Vinciane siano chiuse quando il livello idrometrico registrato dal sensore Viareggio 2 è maggiore del corrispondente registrato a Viareggio 1. Salvo situazioni in cui le porte sono volontariamente bloccate, il comportamento delle porte vinciane è governato dall equilibrio o meno delle spinte (dinamiche e statiche) che si realizzano su i due fronti, lato mare e lato lago, delle stesse. Nelle schede, l indicazione relativa alla posizione delle porte (aperte, chiuse, ecc.) fa riferimento alla posizione prevalente 11/115

12 e maggiormente significativa nell arco temporale analizzato; nello stesso arco di tempo possono comunque verificarsi puntualmente condizioni diverse da quella prevalente indicata. Sono stati individuate cinque condizioni di mare significative, come di seguito descritte: Mare alto Nel periodo considerato il livello del mare, misurato all idrometro Viareggio 2, si mantiene sempre al di sopra del livello del lago, misurato all idrometro di Torre del Lago. Mare mediamente alto Mare mediamente a livello lago Mare mediamente basso Mare basso Il livello medio del mare, nel periodo considerato, è superiore al livello del lago, misurato all idrometro di Torre del Lago. Anche istantaneamente il livello del mare si mantiene sostanzialmente sempre superiore ai livelli di Torre del Lago, salvo brevi intervalli in corrispondenza dei minimi di marea. Il livello medio del mare, nel periodo considerato, è sostanzialmente lo stesso del livello del lago, misurato all idrometro di Torre del Lago. Istantaneamente il livello del mare oscilla intorno al proprio valore medio, ovvero intorno al livello del lago, in funzione della marea. Il livello medio del mare, nel periodo considerato, è inferiore al livello del lago, misurato all idrometro di Torre del Lago. Anche istantaneamente il livello del mare si mantiene sostanzialmente sempre inferiore ai livelli di Torre del Lago, salvo brevi intervalli in corrispondenza degli apici di marea. Nel periodo considerato il livello del mare si mantiene sempre al di sotto del livello del lago. Si evidenzia che le attività di servizio sulle porte vinciane (aperture per permettere il passaggio dei natanti, interventi sui caterattini, ecc.) nonché tutte quelle operazioni che impediscano la naturale operatività delle stesse possono determinare condizioni e situazioni anche sostanzialmente diverse da quelle di seguito descritte. 12/115

13 Si riporta di seguito la tabella di riferimento per la conducibilità delle acque. Tipologia acqua Conducibilità ms/cm Acqua distillata 0 Acque con poca mineralizzazione e/o acque demineralizzate < 0.2 Acque dolci di uso comune, acque usate in agricoltura Acque dolci idonee all irrigazione solo se si realizza un moderato drenaggio; le piante moderatamente tolleranti la salinità possono crescere senza speciali pratiche. Ai fini irrigui, non può essere usata in terreni con limitazione del drenaggio; richiesta di speciali pratiche per il controllo della salinità. Generalmente non idonea all irrigazione. Il drenaggio deve essere efficiente e possono essere coltivate piante molto tolleranti la salinità > 2.0 Valore limite per acque potabilizzabili (ai sensi (D.Lgs. 31/2001). 2.5 Acqua salmastrosa 30 Acqua marina 50 Tabella 1: Valori caratteristici della conducibilità 13/115

14 Figura 3: Nodo idraulico delle porte vinciane, posizione delle opere idrauliche e dei sensori NOTE SUL FUNZIONAMENTO IDRAULICO In questo sottocapitolo è condotta l analisi del nodo delle porte vinciane dal punto di vista esclusivamente idraulico, ovvero solo in termini di livelli idrici e portate in transito. Sono state analizzate le seguenti situazioni: Condizione meteomarina Paratoia gonfiabile Porte vinciane Scheda di riferimento Mare alto sul fondo chiuse A1 Mare mediamente alto Mare mediamente a livello lago sul fondo in funzione dei livelli di lago e mare A2 Mare mediamente basso sul fondo aperte A3 Mare basso Conviene premettere alcune note circa il funzionamento idraulico delle porte vinciane storiche. L opera è costituita da due conche di navigazione ciascuna delle quali delimitata da due porte a bilico incernierate verticalmente, dette appunto vinciane, che si aprono e si chiudono in modo automatico, in funzione della sola spinta della corrente. Le porte, che devono il loro nome all originale intervento di Leonardo da Vinci, sul canale Martesana a Milano dei primi anni del cinquecento, furono realizzate nel 1741 in attuazione di un progetto dell ingegnere veneziano Zendrini del 1735; hanno la funzione di permettere il flusso dal lago verso il mare e, viceversa, impedire il flusso della corrente nella direzione opposta. L apertura/chiusura delle porte è governata dall equilibrio o meno delle forze generate, sui due lati delle porte stesse, dalle seguenti azioni: - Spinta idrostatica dell acqua Questa componente è sempre presente ed è proporzionale al battente idraulico ed alla densità del fluido. - Spinta dinamica della corrente Questa componente è presente ogniqualvolta si abbia il moto del fluido ed è proporzionale alla portata in transito ed alla densità del fluido. - Altre azioni di più difficile quantificazione, quali il moto ondoso ed il vento. E da ritenersi che le prime due componenti, spinta idrostatica e dinamica, siano quelle maggiormente influenti sul comportamento del sistema. La fase transitoria di chiusura delle porte corrisponde quindi al bilanciamento della spinta idrostatica e dinamica lato lago da parte, principalmente, della spinta idrostatica lato mare. 14/115

15 Le principali componenti ambientali che intervengono, più o meno direttamente ed in relazione ai reciproci valori, nel determinare l apertura e chiusura delle porte vinciane si possono quindi riassumere in: - livello del lago di Massaciuccoli - livello mareale del mare - sovralzo marino legato ai fenomeni di mareggiata e tempesta - preesistente condizione di deflusso lungo il canale Burlamacca - particolari condizioni di deflusso del fosso Farabola ( 2 ) In condizioni meteo marine ordinarie, se il minimo di marea è tale da raggiungere un livello inferiore al livello del lago per un periodo sufficiente, le porte si aprono e si innesca un flusso di acqua relativamente dolce in direzione del mare. Quando il mare viceversa risale di livello, le porte vinciane si chiudono automaticamente impedendo che si attivino flussi di acqua salata dal mare verso il lago. Le porte vinciane sono altresì manovrate dagli operatori per permettere il passaggio delle imbarcazioni. Con riferimento ad una singola conca e nel caso di mare alto, la procedura per il passaggio di una imbarcazione, a titolo di esempio dal lago verso il mare, si può così sintetizzare: - La situazione iniziale è mare alto, porta vinciana lato mare chiusa e livello nella conca di navigazione basso. - La porta vinciana lato lago, stante l uguaglianza del livelli nella conca e nel canale Burlamacca, è brandeggiabile e pertanto l imbarcazione può accedere alla conca di navigazione. - La porta vinciana lato lago viene chiusa manualmente. - La porta vinciana lato mare non può essere aperta, a causa della differenza tra le spinte che agiscono su di essa, fintanto che il livello idrico nella conca di navigazione non viene portato allo stesso livello del mare. Viene quindi aperto il caterattino (piccola paratoia piana a controllo manuale) presente sulla porta lato mare in modo da permettere l afflusso di acqua dal mare verso la conca di navigazione. - Una volta che il livello nella conca di navigazione ha raggiunto il livello del mare la porta vinciana lato mare è brandeggiabile e l imbarcazione può uscire. La porta vinciana lato lago non è adesso più movimentabile in virtù della differenza di livello che ora si ha tra monte e valle della stessa. Non è, chiaramente, necessaria alcuna procedura manuale quando i livelli di lago e mare sono tali da mantenerle normalmente aperte. Gli orari di apertura del nodo idraulico alla navigazione sono, ad oggi, previsti nel documento Nodo idraulico del canale Burlamacca: porte vinciane storiche e nuova barriera mobile Protocollo di funzionamento. 2 Il fosso Farabola è un affluente di destra del canale Burlamacca e confluisce in questo subito a valle delle porte vinciane storiche; immediatamente prima della confluenza è presente una paratoia piana a controllo manuale finalizzata ad evitare la risalita del mare lungo la Farabola stessa in caso di forti mareggiate. E possibile che, specie in caso di piogge importanti e con opportuni livelli di mare e lago, i volumi immessi dalla Farabola favoriscano la chiusura delle porte, fondamentalmente attraverso un innalzamento del livello idrico a valle delle porte stesse (vista la geometria dell immissione della Farabola i contributi di spinta dinamica sulle porte sono non significativi). 15/115

16 Stage (m) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura: PORTE VINCIANE, Canale Burlamacca Parametri: Livelli idrici Scheda: A1 Mare alto Porte vinciane chiuse Paratoia gonfiabile sul fondo del canale. 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1-0,0-0,1 Jan LIVELLO (M S.L.M.) STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Figura 4: Andamento tipo dei livelli idrometrici. (20-24/01/2013) L idrometro Viareggio 2 evidenzia un evento di mareggiata nonché l andamento giornaliero delle maree. L andamento dei livelli all idrometro Viareggio 1 denota un lieve incremento nei giorni della mareggiata ma appare indipendente dalle oscillazioni mareali; non sono altresì presenti tendenze a crescere verso il livello marino. Fisicamente siamo in una condizione in cui le porte vinciane sono chiuse e, sostanzialmente, separano gli idrometri Viareggio 1 e 2. Si evidenzia come il livello di Viareggio 1 sia sempre intermedio tra i livelli di Torre del Lago e Viareggio 2. 16/115

17 Stage (m) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura: PORTE VINCIANE, Canale Burlamacca Parametri: Livelli idrici Scheda: A2 Mare mediamente a livello lago Porte vinciane operative in funzione del differenziale dei livelli mare - lago Paratoia gonfiabile sul fondo del canale. 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0,1-0,2-0,3 LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Jan2013 Figura 5: Andamento tipo dei livelli idrometrici. (9-13/01/2013) L idrometro Viareggio 2 evidenzia bene l andamento giornaliero delle maree. L andamento dei livelli all idrometro Viareggio 1 corrisponde, nei valori di minimo, all andamento di Viareggio 2, mentre superiormente è tagliato in corrispondenza del livello, indicativo, di m s.l.m. Fisicamente ciò rappresenta la seguente situazione: Nella parte lacustre il livello idrometrico è intorno a m s.l.m. Quando il livello del mare, seguendo la marea, supera tale valore le porte vinciane si chiudono e si ha la separazione tra i livelli di Viareggio 1 e 2 (Viareggio 2 segue la marea mentre Viareggio 1 si mantiene costante). Viceversa, quando il livello Viareggio 2, seguendo la marea, scende sotto la soglia di m s.l.m., ovvero viene a essere più basso dell area lacustre, le porte vinciane si aprono e si innesca un flusso dal lago in direzione mare. Conseguentemente il livello a Viareggio 1 si abbassa seguendo l andamento di marea (in dettaglio, Viareggio 1 segue l andamento di Viareggio 2 mantenendosi sempre leggermente più alto di quest ultimo). Il flusso dal lago verso il mare si mantiene fintanto che la marea non risale sopra la soglia e le porte vinciane si richiudono. Il ciclo quindi ricomincia. L andamento sopra descritto e riportato in figura è indipendente dalla posizione, sul fondo oppure sollevata, della paratoia gonfiabile. 17/115

18 Stage (m ) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura: PORTE VINCIANE, Canale Burlamacca Parametri: Livelli idrici Scheda: A3 Mare mediamente basso Porte vinciane aperte Paratoia gonfiabile sul fondo 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0,1-0, Feb2013 LIVELLO (M S.L.M.) STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Figura 6: Andamento tipo dei livelli idrometrici. (13-17/02/2013) L idrometro Torre del Lago mostra una coda di piena del lago, con livelli in discesa a partire da circa m s.l.m. L andamento dei livelli all idrometro Viareggio 2 mostra un livello del mare sostanzialmente sempre inferiore ai livelli di Torre del Lago. In questa condizione le porte vinciane sono aperte e si instaura un flusso dal lago verso il mare. I livelli di Viareggio 1 evidenziano questa situazione con un andamento formalmente del tutto analogo a quello di Viareggio 2, con una quota leggermente più alta. In corrispondenza del 13 febbraio si evidenzia un breve periodo in cui il livello del mare è più alto del livello lago, con conseguente chiusura delle porte vinciane. Si evidenzia come il livello di Viareggio 1 sia normalmente intermedio tra i livelli di Torre del Lago e Viareggio 2. 18/115

19 3.2.2 QUALITÀ: PARATOIA GONFIABILE IN POSIZIONE DI RIPOSO In questo capitolo sono analizzati gli aspetti qualitativi (conducibilità elettrica) alle porte vinciane in assenza della paratoia gonfiabile oppure con paratoia gonfiabile in posizione di riposo sul fondo del canale Burlamacca. Sono state analizzate le seguenti situazioni: Condizione meteomarina Paratoia gonfiabile Porte vinciane Scheda di riferimento Mare alto Mare mediamente alto Mare mediamente a livello lago Mare mediamente basso sul fondo chiuse B1 sul fondo aperte B2 sul fondo in funzione dei livelli di lago e mare B3 sul fondo aperte B5 sul fondo in funzione dei livelli di lago e mare B4 Mare basso sul fondo aperte B6 In generale la conducibilità elettrica in un liquido è rappresentativa del contenuto salino del liquido stesso. Per le finalità di questo studio, relativamente alle misure alle porte vinciane, si è implicitamente ammesso che tale conducibilità fosse da attribuirsi alla sola interazione delle acque del lago con le acque marine di ingressione o filtrazione. In realtà ci sono altri fattori che possono influire sulla conducibilità. Il più importante è sicuramente la pioggia cui si può attribuire, se sufficientemente prolungata nel tempo, un effetto diluente, ma possono intervenire anche situazioni particolari quali, ad esempio, sversamenti di sostanze inquinanti ecc. Altri elementi ancora intervengono, e verranno analizzati nel seguito, relativamente al lago di Massaciuccoli ed al sistema di cave. Dalla misura della sola conducibilità non è tuttavia possibile discriminare tra le possibili varie sue fonti. Si è quindi cercato di selezionare ed analizzare le situazioni in cui l assunzione precedentemente citata fosse, ragionevolmente, accettabile. Si evidenzia altresì come le considerazioni sviluppate siano temporalmente puntuali e finalizzate a capire la dinamica del sistema. Non sono state condotte analisi di tendenza su lunghi periodi sia perché la serie dei dati non è ancora sufficientemente estesa per tale scopo sia perché si ritiene che tale analisi non possa prescindere dall aver chiarito le dinamiche fisiche che le determinano. 19/115

20 MILLISIE Stage (m) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura: PORTE VINCIANE, Canale Burlamacca Parametri: Conducibilità Scheda: B1 Mare alto Porte vinciane chiuse Paratoia gonfiabile sul fondo 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5 Mar LIVELLO (M S.L.M.) STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Apr2012 Figura 7: Andamento tipo dei livelli idrometrici. (31/03/ /04/2012) Il livello di Viareggio 1 è sostanzialmente analogo al livello di Torre del Lago Mar2012 CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM Apr2012 Figura 8: Paratoia gonfiabile, stazione di misura Burlamacca: andamento della conducibilità elettrica. (31/03/ /04/2012) Il grafico rappresenta l andamento della conducibilità in condizioni di chiusura delle porte vinciane e paratoia gonfiabile posta sul fondo del canale. 20/115

21 Si evidenzia una stratificazione della conducibilità ed una sostanziale costanza dei valori, soprattutto per la conducibilità profonda che si attesta tra 25 e 30 ms/cm. Ciò è da ascriversi al perdurare della condizione di mare alto che favorisce il crearsi e lo stabilizzarsi del cuneo di infiltrazione a monte delle stesse. Si evidenzia altresì come tale cuneo si mantenga aderente al fondo del canale ed arrivi ad interessare il sensore più alto solo marginalmente. 21/115

22 M ILLISIE Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura: PORTE VINCIANE, Canale Burlamacca Parametri: Conducibilità Scheda: B2 Mare alto Porte vinciane aperte Paratoia gonfiabile sul fondo Aug2012 CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM Figura 9: Paratoia gonfiabile, stazione di misura Burlamacca: andamento della conducibilità elettrica in condizioni di apertura continuata delle porte vinciane. (11-16/08/2012) Il grafico della conducibilità evidenzia come i due sensori facciano esattamente le stesse misurazioni a dimostrazione dell assenza di una stratificazione di conducibilità, almeno nella porzione più profonda del canale. I valori si attestano mediamente tra 35 e 40 ms/cm. 22/115

23 MILLISIE Stage (m) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura: PORTE VINCIANE, Canale Burlamacca Parametri: Conducibilità Scheda: B3 Mare mediamente alto Porte vinciane in funzione dei livelli di lago e mare Paratoia gonfiabile sul fondo del canale 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2-0,4-0, Sep2012 LIVELLO (M S.L.M.) STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Figura 10: Andamento tipo dei livelli idrometrici alle porte vinciane. (15-20/09/2012) Si evidenzia come il livello di Viareggio 1 sia normalmente intermedio tra i livelli di Torre del Lago e Viareggio 2. Relativamente al periodo considerato il livello medio del mare si attesta a m s.l.m.m. Il livello medio del lago è 0.05 m s.l.m.m Sep2012 CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM Figura 11: Paratoia gonfiabile, stazione di misura Burlamacca: andamento della conducibilità elettrica. (15-20/09/2012) 23/115

24 Il grafico evidenzia una stratificazione della conducibilità ed un innalzamento dei valori medi (soprattutto della conducibilità superficiale, linea rossa) rispetto al precedente caso di mare alto e porte vinciane sempre chiuse (scheda B1). Tali maggiori valori della conducibilità si mantengono comunque inferiori ai valori tipici del mare (usualmente il mare ha una conducibilità maggiore di 40 ms/cm), a testimonianza del permanere di una significativa influenza da parte del lago. Rispetto alla condizione di mare costantemente alto (confronta con la scheda B1) si assiste adesso a variazioni periodiche della conducibilità, con particolare riferimento alla conducibilità profonda (linea blu). Tali oscillazioni appaiono in relazione all andamento mareale e generalmente seguono la fase di minimo di marea. E a questo punto necessario confrontare i grafici di Figura 10 e di Figura 11 con i dati della seguente scheda B4. Anche nella scheda B4 i grafici di conducibilità mostrano successioni di picchi. In questo caso però una maggiore durata dei periodi in cui il mare si trova al di sotto del livello del lago permette l instaurarsi di un flusso, dal lago verso il mare, in grado di ripulire il canale riportandone la conducibilità a valori intorno a 5 ms/cm. Nel caso in esame, vedi Figura 10, i periodi in cui il mare si mantiene al di sotto del livello del lago sono temporalmente più brevi e con differenze di livello (gradiente idraulico) inferiori. Ciò implica: - il non instaurasi di un flusso significativo dal lago verso il mare, in grado di abbattere significativamente le conducibilità; - la fase di chiusura delle porte è più lunga ed incerta. L interruzione dei flussi idrici in transito attraverso il nodo idraulico non è, probabilmente, né istantanea né uniforme sulla sezione idraulica (è probabile si abbiano momenti in cui flusso in uscita dal lago ed in ingresso dal mare si sovrappongono). Ciò è tanto più vero quando lago e mare hanno livelli prossimi ed altalenanti. In tali situazioni, infatti, le porte tendono ad aprirsi e chiudersi ripetutamente ed è plausibile si abbiano flussi e riflussi di acque marine. Il caratteristico andamento della salinità al sensore profondo è quindi, probabilmente, la somma delle seguenti componenti: - il non instaurasi di un flusso significativo dal lago verso il mare durante i periodi di bassa marea; - una fase di chiusura delle porte più lunga ed incerta; - il cuneo di infiltrazione. All interno del picco il massimo valore di conducibilità si raggiunge generalmente prima del massimo di marea, e successivamente la conducibilità diminuisce. Ciò è legato all esaurirsi dei fenomeni transitori (apertura/chiusura delle porte) sopra esposti ed al prevalere dell effetto di diluizione legato alle acque del lago. Può essere altresì che superato un certo differenziale dei livelli mare lago, a seguito della maggiore spinta lato mare la tenuta idraulica delle porte vinciane aumenti a sufficienza da bloccare l ingressione salina. La successiva diminuzione di conducibilità può essere legata ad effetti di diluizione. 24/115

25 M IL L IS IE Stage (m) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura: PORTE VINCIANE, Canale Burlamacca Parametri: Conducibilità Scheda: B4 Mare mediamente a livello lago Porte vinciane in funzione dei livelli di lago e mare Paratoia gonfiabile sul fondo del canale 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5 Mar LIVELLO (M S.L.M.) STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Figura 12: Andamento tipo dei livelli idrometrici alle porte vinciane. (21-25/03/2012) Relativamente al periodo considerato il livello medio del mare si attesta a m s.l.m.m. con massimo a m s.l.m.m. Il livello medio del lago è 0.08 m s.l.m.m Mar CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM Figura 13: Paratoia gonfiabile, stazione di misura Burlamacca: andamento della conducibilità elettrica. (21-25/03/2012) In questo esempio il livello del mare oscilla intorno al livello del lago con periodi di sovralzo di durata sostanzialmente uguale ai periodi in cui il mare è più basso del lago. Si osserva una uguaglianza delle conducibilità, su valori prossimi a 5 ms/cm, ogniqualvolta il livello del lago è maggiore del livello del mare ovvero ogniqualvolta si instaura un flusso dal lago verso il mare. 25/115

26 M IL L IS IE Stage (m) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Viceversa, quando il livello del mare è maggiore del livello del lago si osservano picchi di risalita della conducibilità profonda (tendenza alla creazione di una stratificazione). Si evidenzia come tali picchi siano sfasati temporalmente (in ritardo) rispetto ai livelli di marea e si manifestino in condizioni di porte chiuse. Con riferimento allo schema concettuale sopra esposto tali picchi sono da attribuirsi al cuneo di infiltrazione ed il ritardo che si osserva si presuppone sia legato alla posizione iniziale dell interfaccia acqua salata/ acqua dolce (più o meno in prossimità del porto di Viareggio). Alla successiva apertura delle porte vinciane l instaurarsi del flusso dal lago verso il mare risospinge l acqua salata verso il mare stesso ripristinando i bassi valori di conducibilità sopra menzionati. Nei grafici seguenti è rappresentata una situazione sostanzialmente analoga alla precedente pur con livelli del mare leggermente più alti. Il livello medio del mare si attesta a 0.00 m s.l.m.m. con massimo a m s.l.m.m.; il livello medio del lago è 0.02 m s.l.m.m. 1,5 1,0 0,5 0,0-0, Feb2012 LIVELLO (M S.L.M.) STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Figura 14: Andamento tipo dei livelli idrometrici alle porte vinciane. (08-13/02/2012) Feb2012 CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM Figura 15: Paratoia gonfiabile, stazione di misura Burlamacca: andamento della conducibilità elettrica. (08-13/02/2012) Si osserva che i picchi di risalita sono molto più significativi ed arrivano a coinvolgere anche la conducibilità superficiale. Anche in questo caso si osserva un ritardo tra i picchi di marea ed i picchi di conducibilità. Valgono le stesse considerazioni dei precedenti grafici con la sola differenza che adesso il 26/115

27 cuneo di filtrazione, a causa dei livelli più alti del mare, arriva a interessare anche il sensore posto più in alto. Come prima, alla successiva apertura delle porte vinciane l instaurarsi del flusso dal lago verso il mare risospinge l acqua salata verso il mare stesso. 27/115

28 M IL L IS IE Stage (m) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura: PORTE VINCIANE, Canale Burlamacca Parametri: Conducibilità Scheda: B5 Mare mediamente alto Porte vinciane Aperte Paratoia gonfiabile sul fondo 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5 Jun LIVELLO (M S.L.M.) STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Figura 16: Andamento tipo dei livelli idrometrici alle porte vinciane. (25-30/06/2012) Jun CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM Figura 17: Paratoia gonfiabile, stazione di misura Burlamacca: andamento della conducibilità elettrica (paratoia gonfiabile posta sul fondo del canale). (25-30/06/2012) Il grafico evidenzia un periodo in cui la conducibilità alla barriera mobile si attestava, praticamente senza stratificazione, su valori marini (intorno ai 40 ms/cm); è da ritenere che le porte vinciane fossero aperte. L abbassarsi del livello del mare al di sotto del livello del lago determina l instaurarsi di un flusso lago mare. Ne segue l abbassarsi repentino dei valori di conducibilità in entrambi i sensori. Si evidenzia come il primo sensore a riportare tale abbassamento sia quello superficiale; ciò è coerente con lo schema concettuale e corrisponde alla traslazione della interfaccia acqua salata / acqua dolce verso il mare. Al risalire dei livelli del mare segue l inversione del moto di traslazione dell interfaccia e la risalita dei valori di conducibilità. 28/115

29 Come già visto, la sfasatura tra gli estremi del livello marino e gli estremi dei valori di conducibilità è legata alla posizione iniziale dell interfaccia, ovvero alla posizione in cui questa si può immaginare si trovasse al momento in cui il moto lungo il canale ha inizio. Si evidenzia peraltro come ci siano transitori in cui la conducibilità superficiale cresce mentre quella profonda diminuisce e come il sensore posto più in superficie risente per primo dell incremento di salinità durante la fase di mare alto. Tali aspetti rimangono da chiarire, ma potrebbero essere legati a fenomeni di diffusione e/o a diversità della forma dell interfaccia (diversità di dettaglio, non della sua forma generale) nella fase di traslazione verso il mare rispetto a quella della fase di traslazione verso il lago. 29/115

30 MILLIS IE Stage (m) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura: PORTE VINCIANE, Canale Burlamacca Parametri: Conducibilità Scheda: B6 Mare Basso Porte vinciane Aperte Paratoia gonfiabile sul fondo 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, Apr2013 LIVELLO (M S.L.M.) STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Figura 18: Andamento dei livelli idrometrici alle porte vinciane. (14-19/04/2013) Il livello del mare è sostanzialmente sempre inferiore al livello del lago misurato a Torre del Lago. Si evidenzia come il livello di Viareggio 1 sia sempre intermedio tra i livelli di Torre del Lago e Viareggio Apr2013 CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM Figura 19: Paratoia gonfiabile, stazione di misura Burlamacca: andamento della conducibilità elettrica. (14-19/04/2012) Il grafico rappresenta l andamento della conducibilità in condizioni di mare basso, apertura delle porte vinciane e paratoia gonfiabile posta sul fondo del canale. 30/115

31 I due sensori forniscono sostanzialmente le stesse letture di conducibilità ed i valori sono bassi, inferiori a 5 ms/cm. Siamo nella situazione in cui il gradiente idraulico lago mare determina un flusso di acqua dal lago verso il mare che, evidentemente, coinvolge tutta la sezione idraulica del canale. Con riferimento alla schema concettuale l interfaccia acqua dole / acqua salata è alla foce a mare. Si evidenzia come il temporaneo innalzamento del livello marino il giorno 20 aprile, determini un immediato picco nelle conducibilità. 31/115

32 CONSIDERAZIONI PAR Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Dalle precedenti analisi dei dati, relativi a condizioni di Canale Burlamacca completamente aperto, ovvero in assenza della paratoia gonfiabile oppure con paratoia gonfiabile in posizione di riposo sul fondo del canale, si ritiene di poter individuare le seguenti modalità di comportamento del sistema. In condizioni di mare alto e porte vinciane chiuse si ha comunque, a monte delle porte stesse, una stratificazione della conducibilità con sostanziale costanza dei valori, soprattutto per la conducibilità profonda (vedi scheda B1). Ciò è stato spiegato con la presenza di infiltrazioni (cuneo di infiltrazione) di acqua marina attraverso le porte, anche se queste sono chiuse, per limiti di tenuta delle porte stesse. In condizioni di mare che oscilla, in funzione della marea, intorno al livello del lago si hanno situazioni diverse a seconda dell operatività delle porte vinciane. Se le porte vinciane sono normalmente operative il minimo di marea determina un flusso lago mare che abbatte i valori di conducibilità verso i valori tipici del lago; la condizione di alta marea determina, viceversa, ingressioni saline che risollevano i valori di conducibilità (vedi scheda B4). Se le porte vinciane invece rimangono sempre aperte si stabilisce normalmente una situazione di conducibilità marina non stratificata in cui si realizzano minimi di abbattimento ogniqualvolta si instaura un flusso dal lago verso il mare (vedi scheda B5). In condizioni di mare basso si determina un flusso di acqua dal lago verso il mare con conducibilità, misurate alle porte vinciane, tipiche delle acque del lago ed assenza di stratificazione (vedi scheda B6). In termini di flussi in transito tutto ciò si può così sintetizzare: La presenza di un flusso lago mare determina assenza di stratificazione e valori di conducibilità bassi. La chiusura temporanea delle porte vinciane determina una stratificazione della conducibilità a seguito di ingressi residui dal mare per filtrazione. In presenza di un significativo flusso mare lago, quale si potrebbe ipotizzare in assenza delle porte vinciane e per determinate condizioni reciproche dei livelli mare e lago, è da attendersi assenza di stratificazione e valori di conducibilità marini. Come già detto, si ritiene permanga una parte di ingressione marina attraverso le porte vinciane anche quando queste sono chiuse (vedi, ad esempio, scheda B1), legata ai limiti di tenuta delle stesse. E anche possibile che una porzione dell infiltrazione provenga dalla struttura stessa delle conche di navigazione attraverso fessure e/o crepe. Nella dinamica dei flussi lago mare e viceversa hanno un ruolo parimenti significativo sia il rapporto tra i livelli del lago e quelli del mare, sia la spinta della corrente in essere al momento delle variazioni dei livelli. Ciò si traduce in un inerzia del sistema, con variazioni delle direzioni di flusso ritardate rispetto alle variazioni dei livelli e transitori in cui il Canale Burlamacca invasa volumi liquidi comportandosi alla stregua di un pozzo piezometrico. 32/115

33 3.2.3 QUALITÀ: PARATOIA GONFIABILE IN POSIZIONE DI CHIUSURA DEL CANALE Sono di seguito analizzate situazioni significative in condizioni di paratoia gonfiabile in posizione di chiusura del canale Burlamacca. Sono state analizzate le seguenti situazioni: Condizione meteomarina Paratoia gonfiabile Porte vinciane Mare alto sollevata chiuse C2 Mare mediamente alto Mare mediamente a livello lago sollevata operative in funzione dei livelli C1 Mare mediamente basso Mare basso Scheda di riferimento 33/115

34 M IL L IS IE Stage (m) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura: PORTE VINCIANE, Canale Burlamacca Parametri: Conducibilità Scheda: C1 Mare mediamente a livello lago, oscillante secondo la marea Porte vinciane Operative in funzione dei livelli Paratoia gonfiabile a chiudere il Canale Burlamacca Relativamente al periodo considerato il livello medio del mare si attesta a m s.l.m.m. con massimo a m s.l.m.m. Il livello medio del lago è m s.l.m.m. La situazione idrometrica è del tutto analoga a quella esaminata nella scheda B4 (21-25/03/2012 e 08-13/02/2012), alla quale si rimanda per un confronto. 1,5 1,0 0,5 0,0-0,5 Jun LIVELLO (M S.L.M.) STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Figura 20: Andamento dei livelli idrometrici alle porte vinciane. (25-30/06/2013) Jun CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM Figura 21: Paratoia gonfiabile, stazione di misura Burlamacca: andamento della conducibilità elettrica. (25-30/06/2013) Il livello del mare oscilla intorno al livello del lago con periodi di sovralzo temporalmente simili ai periodi in cui il mare è più basso del lago. 34/115

35 Si osserva un uguaglianza delle conducibilità profonda e superficiale, su valori prossimi a 3 ms/cm, ogniqualvolta il livello del lago è maggiore del livello del mare. Ciò potrebbe essere spiegato ipotizzando l instaurarsi di un limitato flusso lago mare; anche con la paratoia gonfiabile in posizione di chiusura del canale, sembra ragionevole attendersi un possibile flusso residuo, legato allo sfioro sopra la paratoia stessa quando i livelli idrici lo consentono, almeno tale da influenzare le condizioni di conducibilità alle porte vinciane. Anche in questo caso, ogniqualvolta il livello del mare è maggiore del livello del lago si osservano picchi di risalita della conducibilità che coinvolgono, in modo quasi contemporaneo, sia la conducibilità profonda che quella superficiale (tendenzialmente l aumento della conducibilità si riscontra prima nella sonda profonda e successivamente in quella superficiale; viceversa, l abbattimento è contemporaneo o inizia dal sensore superficiale). Rispetto alla scheda B4, ed in particolare al periodo 08-13/02/2012, si evidenzia l analogia di comportamento a livello del sensore profondo (linea blu) mentre un comportamento più estremo si ha per il sensore superficiale (linea rossa). Come già detto, i picchi di conducibilità sono da attribuirsi alla presenza di un cuneo di infiltrazione che, in condizione di porte vinciane chiuse (ovvero in assenza di flusso dal lago verso il mare) si propaga risalendo il canale Burlamacca. Mentre nella scheda B4 tale propagazione poteva avvenire indisturbata, adesso la posizione sollevata della paratoia determina l interruzione di tale diffusione e la creazione di un volume di invaso praticamente chiuso. Una volta raggiunta la paratoia sollevata il cuneo di filtrazione può espandersi solo in verticale, da cui il comportamento al sensore più superficiale. Date le limitate dimensioni dell invaso, è da ritenere che se il cuneo di infiltrazione rimane alimentato a lungo, cioè se la condizione di mare alto permane a sufficienza (confronta scheda C2), si abbiano stramazzi di acqua ad elevata conducibilità oltre la soglia della paratoia. Si evidenzia come i valori dei picchi di conducibilità siano analoghi a quelli della scheda B4. 35/115

36 M IL L IS IE Stage (m) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura: PORTE VINCIANE, Canale Burlamacca Parametri: Conducibilità Scheda: C2 Mare alto Porte vinciane chiuse Paratoia gonfiabile a chiudere il Canale Burlamacca 1,5 1,0 0,5 0,0-0, Aug2013 LIVELLO (M S.L.M.) STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Figura 22: Andamento tipo dei livelli idrometrici alle porte vinciane. (15-19/08/2013) Aug2013 CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM Figura 23: Paratoia gonfiabile, stazione di misura Burlamacca: andamento della conducibilità elettrica. (15-19/08/2013) La situazione idrometrica è del tutto analoga a quella esaminata nella scheda B1 (31/03/ /04/2012). Per tutto il periodo considerato il livello del mare si mantiene superiore al livello del lago. In questo caso si osserva però assenza di stratificazione, con livelli di conducibilità pressoché uguali e costanti intorno ai 35 ms/cm. E da ritenere che gli ingressi (infiltrazioni e passaggio natanti) attraverso le porte vinciane riempiano il volume di invaso determinato dalla paratoia gonfiabile, da cui l uniformità dei valori di conducibilità. 36/115

37 Stage (cm ) M IL L IS IE Stage (m) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Particolarmente interessante è l analisi di come variano i valori di conducibilità in conseguenza di manovre sulla paratoia gonfiabile. Nell esempio seguente è esaminata una manovra di completo abbattimento della paratoia partendo dalle seguenti condizioni: - mare costantemente alto per tutto il periodo analizzato, porte vinciane chiuse; - paratoia gonfiabile sollevata a chiudere il canale Burlamacca; - Livelli di conducibilità omogenei. 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0,1 Aug LIVELLO (M S.L.M.) STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Sep2013 Figura 24: Andamento dei livelli idrometrici alle porte vinciane. (23/08/ /09/2013) L incremento dei livelli del lago (e di Viareggio 1) è legato ad evento pluviometrico verificatosi nella mattina del 25 agosto Aug Sep2013 CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM Figura 25: Paratoia gonfiabile, stazione di misura Burlamacca: andamento della conducibilità elettrica. (23/08/ /09/2013) Aug Sep2013 FRANCO LIBERO (CM) PORTE VINCIANE STAGE Figura 26: Andamento del franco libero al di sopra della paratoia gonfiabile (dati in cm). 37/115

38 Un franco libero pari a circa 20 cm corrisponde alla paratoia sollevata a chiusura del canale, mentre franchi dell ordine di 120 cm corrispondono alla posizione di paratoia sul fondo. (23/08/ /09/2013) Nei grafici di Figura 25 e Figura 26 si vede chiaramente come, in corrispondenza dell abbattimento della paratoia gonfiabile (24/08 alle ore 10:30 circa) si ha un corrispondente immediato abbattimento dei livelli di conducibilità, più marcato per la conducibilità superficiale e meno per quella profonda; a ciò segue, per i due giorni in cui la paratoia rimane abbassata, il mantenimento della stratificazione, in modo analogo a quanto già visto nella scheda B1. Immediatamente dopo la nuova chiusura del canale (26/08 ore 12:00 circa) si ha il ritorno delle conducibilità ai valori precedenti l apertura del 24/08 ed all assenza di stratificazione. La situazione si ripete in maniera totalmente analoga in corrispondenza dell apertura del canale del 29 agosto. Si può ritenere che l abbattimento della paratoia gonfiabile corrisponda ad uno svuotamento dei volumi che essa conteneva in direzione del lago. STIMA DELL INGRESSIONE SALINA Considerando come, immediatamente dopo il ripristino della chiusura del canale Burlamacca, si abbia il ritorno delle conducibilità ai valori precedenti l apertura, si può condurre una stima di massima delle portate di infiltrazione dalle porte vinciane in condizioni di mare alto e porte vinciane chiuse. Con riferimento all apertura del 29 agosto (secondo picco) si ha: La paratoia mobile viene abbattuta ed il canale Burlamacca aperto alle 16:15 del 29 agosto; il successivo sollevamento a ripristinare la chiusura del canale avviene alle ore 18:15 sempre del giorno 29/08. Al momento della chiusura il sensore profondo leggeva 25.0 ms/cm. Alle ore 07:00 del 30/08 le letture dei due sensori di conducibilità potevano dirsi stabilizzate ed il sensore profondo leggeva 33.0 ms/cm. Sia durante il periodo menzionato che nei giorni precedenti e successivi si è sempre avuta una condizione di mare alto con sovralzi dell ordine dei 40 cm. Ipotizzando che la risalita dei valori di conducibilità sia da attribuirsi esclusivamente ad infiltrazioni di acqua ad elevata conducibilità, sulla base dei tempi di variazione delle letture al sensore profondo è possibile risalire, facendo una serie di ipotesi semplificative, alla portata in ingresso attraverso le porte. Le ipotesi che è necessario introdurre sono le seguenti: - L acqua entro il nodo idraulico è disposta in due strati a conducibilità diversa separati tra loro. - All interno dello strato più profondo la conducibilità è uniforme. - L acqua di infiltrazione ha conducibilità di 50 ms/cm (acqua di mare) ed alimenta esclusivamente lo strato più profondo. Si tenga inoltre presente che: 38/115

39 - Il nodo idraulico ha un estensione in pianta di circa 2600 m 2, di cui circa 1100 m 2 costituiti dalle sole conche di navigazione, ed una curva di invaso lineare. La risposta del sistema è quindi diversa a seconda che l acqua marina in ingresso si vada ad invasare nell intero volume disponibile (e ciò corrisponde alla chiusura della porta vinciana lato mare) o solo nel tratto tra le porte vinciane e la paratoia mobile (ciò corrisponde alla chiusura della porta vinciana lato lago). - L altezza iniziale dello strato profondo non è nota, sappiamo solo che è maggiore o uguale a 30 cm ed inferiore a 60 cm. Sulla base delle precedenti ipotesi e considerazioni, ripetendo il calcolo con valori diversi sia del volume di invaso che dell altezza iniziale dello strato profondo è possibile stimare per la portata di filtrazione in ingresso valori compresi tra 5 e 15 l/s, valore medio nell intervallo di tempo considerato. Si sottolinea, vista la semplicità del modello adottato, che questi valori debbono essere letti esclusivamente quali ordini di grandezza. 39/115

40 CONSIDERAZIONI PAR Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Dalle precedenti analisi dei dati, relativi a condizioni di Canale Burlamacca quasi completamente chiuso dalla paratoia gonfiabile (la paratoia non occlude mai completamente il canale, permane sempre un franco libero al di sopra della stessa dell ordine dei 20 cm) si ritiene di poter trarre le seguenti considerazioni. Anche con la paratoia gonfiabile in posizione di chiusura del canale, sembra ragionevole attendersi un flusso residuo dal lago verso il mare, legato allo sfioro sopra la paratoia stessa, quando i livelli idrici lo consentono. Le condizioni qualitative dell acqua a valle della paratoia sono sempre sostanzialmente uniformi. All abbattimento della paratoia gonfiabile corrisponde uno svuotamento dei volumi che essa conteneva in direzione del lago. 40/115

41 3.3 SAN ROCCHINO In questo capitolo sono analizzati i dati di qualità delle acque (conducibilità elettrica e temperatura) raccolti da sensori posti lungo il canale Burlamacca. Si tratta di due coppie di sensori temperatura / conducibilità elettrica posti in destra idraulica del canale Burlamacca, circa 400 m a valle della cava di San Rocchino e circa 1700 m monte delle porte vinciane. Le due coppie sono poste rispettivamente a 30 e 60 cm dal fondo canale, in maniera analoga ai sensori posti alla barriera gonfiabile, in modo da permettere un corretto confronto delle letture. I sensori sono operativi da maggio Il capitolo è strutturato per schede così come il precedente. Oltre all interpretazione del dato si è cercato di confrontare e mettere in relazione le letture a San Rocchino con quelle alle porte vinciane. I grafici di seguito riportati, relativi ai sensori di San Rocchino fanno riferimento al seguente schema di colori: In viola i valori di conducibilità e temperatura a 30 cm dal fondo del canale (sensore profondo), in ciano conducibilità e temperatura relativi al sensore posto a 60 cm dal fondo del canale (sensore superficiale). I valori di conducibilità sono in ms/cm. I valori di temperatura sono in C. I grafici relativi alle porte vinciane fanno riferimento allo schema di colori usuale. Anche per San Rocchino valgono le considerazioni generali sul dato di conducibilità viste in testa al capitolo /115

42 C MILLISIE Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura: SAN ROCCHINO, Canale Burlamacca Parametri: Conducibilità Scheda: D1 Mare alto Porte vinciane chiuse Paratoia gonfiabile sollevata, a chiudere il Canale Burlamacca Aug2013 CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO SAN ROCCHINO MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO SAN ROCCHINO MILLISIEMENS-CM Figura 27: Stazione di misura S. Rocchino: andamento della conducibilità elettrica. (10-19/08/2013) Nel periodo analizzato il livello del mare era sempre sensibilmente maggiore del livello lago, con porte vinciane praticamente sempre chiuse; la paratoia gonfiabile è sempre stata in posizione di chiusura canale, salvo quattro aperture (il 10, 13 e 17 agosto). Il grafico di Figura 27 mostra come, nel periodo considerato, si abbia una evidente periodicità giornaliera ed un andamento in controfase delle due letture, con una conducibilità profonda, mediamente, superiore a quella superficiale Aug2013 TEMPERATURA 30 CM DAL FONDO SAN ROCCHINO TEMPERATURE TEMPERATURA 60 CM DAL FONDO SAN ROCCHINO TEMPERATURE Figura 28: Stazione di misura S. Rocchino: andamento della temperatura dell acqua. (10-19/08/2013) 42/115

43 C MILLISIE Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Sia la temperatura profonda che quella superficiale hanno un andamento spiccatamente periodico, con periodo giornaliero. La temperatura profonda oscilla in un intervallo indicativamente compreso tra i 27 ed i 29 C, con il minimo raggiunto intorno alle ore 9 del mattino. La temperatura superficiale mostra lo stesso andamento ma in maniera più marcata, oscillando indicativamente tra 24 e 29 C. Si evidenzia come la temperatura superficiale e quella profonda risalgano durante il giorno in maniera totalmente analoga raggiungendo le stesse temperature massime, mentre, di notte, la temperatura superficiale si abbatte in maniera molto più sensibile di quella profonda. Il grafico delle temperature può fornire una chiave di lettura del grafico delle conducibilità, con particolare riferimento all andamento in controfase. Si consideri un giorno qualunque, ad esempio il 18 agosto. Alle ore 18 la temperatura superficiale e profonda sono sostanzialmente le stesse (circa 29 C) e le conducibilità sono molto simili (5.9 e 6.5 ms/cm rispettivamente). Nelle ore successive entrambi gli strati, superficiale e profondo, si raffreddano, ma lo strato superficiale, nelle prime ore si raffredda molto più rapidamente di quello profondo che pertanto viene ad essere relativamente più caldo. La capacità di mantenere sali in soluzione, sempre relativamente, diminuisce quindi per lo strato superficiale mentre aumenta, è sempre maggiore, per quello profondo; da ciò segue la diminuzione di conducibilità per lo strato superficiale e l aumento di quella dello strato profondo che il grafico evidenzia indicativamente tra le ore 18 e le ore 24. La situazione si mantiene quindi stabile e la conducibilità nello strato superficiale torna a crescere sensibilmente quando la sua temperatura torna a superare, anche se di poco, quella dello strato inferiore (indicativamente al mezzogiorno del 19 agosto); corrispondentemente la :00 00:00 12:00 00:00 18Aug2013 CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO SAN ROCCHINO MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO SAN ROCCHINO MILLISIEMENS-CM 19Aug2013 Stazione di misura S. Rocchino: andamento della conducibilità elettrica. (dettaglio dei giorni 18 e 19/08/2013) :00 12:00 00:00 12:00 00:00 18Aug Aug2013 TEMPERATURA 30 CM DAL FONDO SAN ROCCHINO TEMPERATURE TEMPERATURA 60 CM DAL FONDO SAN ROCCHINO TEMPERATURE Stazione di misura S. Rocchino: andamento della temperatura. (dettaglio dei giorni 18 e 19/08/2013) 43/115

44 Stage (cm) MILLISIE Stage ( m) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli conducibilità dello strato inferiore diminuisce. Il periodo analizzato in questa scheda corrisponde alla scheda C2 relativa alle porte vinciane di cui, per comodità, si riportano a seguire i corrispondenti grafici. 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0, LIVELLO (M S.L.M.) STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Aug2013 Figura 29: Andamento tipo dei livelli idrometrici alle porte vinciane. (10-19/08/2013) Aug2013 CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM Figura 30: Paratoia gonfiabile, stazione di misura Burlamacca: andamento della conducibilità elettrica. (10-19/08/2013) Aug2013 FRANCO LIBERO (CM) BURLAMACCA STAGE Figura 31: Andamento del franco libero al di sopra della paratoia gonfiabile (dati in cm). Si evidenziano quattro aperture della barriera gonfiabile. (10-19/08/2013) 44/115

45 Le conducibilità misurate alle porte vinciane sono del tutto prive di periodicità giornaliera e, a partire indicativamente dal 12 agosto, si attestano entrambe tra 34 e 38 ms/cm. Viceversa, come si è visto le letture a San Rocchino hanno una spiccata periodicità giornaliera e valori nettamente più bassi, compresi tra 4 e 8 ms/cm. I sensori a San Rocchino non evidenziano altresì variazioni di tendenza nei giorni 10 ed 11 agosto, a fronte di una sensibile variazione delle letture alle porte vinciane. Si può ritenere che, nella situazione esaminata, la barriera gonfiabile fosse in grado di bloccare il cuneo di infiltrazione mantenendolo a valle della paratoia stessa. Anche eventuali sormonti di acque salate sopra la paratoia gonfiabile non arrivano ad interessare i sensori a san Rocchino. Non si riscontrano, nei sensori a San Rocchino, evidenti variazioni direttamente correlabili agli abbattimenti della paratoia gonfiabile. 45/115

46 C MILLISIE Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura: SAN ROCCHINO, Canale Burlamacca Parametri: Conducibilità Scheda: D2 Mare Mediamente alto Porte vinciane Chiuse Paratoia gonfiabile aperta / chiusa Jul2013 CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO SAN ROCCHINO MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO SAN ROCCHINO MILLISIEMENS-CM Figura 32: Stazione di misura S. Rocchino: andamento della conducibilità elettrica. (10-19/07/2013) Jul2013 TEMPERATURA 30 CM DAL FONDO SAN ROCCHINO TEMPERATURE TEMPERATURA 60 CM DAL FONDO SAN ROCCHINO TEMPERATURE Figura 33: Stazione di misura S. Rocchino: andamento della temperatura dell acqua. (10-19/07/2013) I due grafici precedenti mostrano altresì l andamento della conducibilità e della temperatura in un periodo in cui non si ha separazione tra la temperatura superficiale e profonda; in tale condizione i valori di conducibilità superficiale e profonda hanno esattamente lo stesso andamento. 46/115

47 MILLISIE Stage (cm) Stage (m) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Anche in questo caso è opportuno confrontare quanto sopra con ciò che contemporaneamente accade alle porte vinciane. 0,4 0,3 0,2 0,1 0, LIVELLO (M S.L.M.) STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE LIVELLO (M S.L.M.) PORTE VINCIANE STAGE Jul2013 Figura 34: Andamento dei livelli idrometrici alle porte vinciane. (10-19/07/2013) Jul2013 FRANCO LIBERO (CM) PORTE VINCIANE STAGE Figura 35: Andamento del franco libero al di sopra della paratoia gonfiabile (dati in cm). Un franco libero pari a circa 20 cm corrisponde alla paratoia sollevata a chiusura del canale, mentre franchi dell ordine di 120 cm corrispondono alla posizione di paratoia sul fondo. (10-19/07/2013) Jul2013 CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO PORTE VINCIANE MILLISIEMENS-CM Figura 36: Paratoia gonfiabile, stazione di misura Burlamacca: andamento della conducibilità elettrica. 47/115

48 (10-19/07/2013) Come precedentemente descritto, in condizioni di mare alto, anche con porte vinciane chiuse, c è da attendersi un cuneo di infiltrazione che supera le porte stesse. In condizioni di barriera mobile sollevata a chiudere il canale il cuneo sostanzialmente si invasa a valle di detta barriera mobile, determinando letture di conducibilità elevate (dell ordine dei ms/cm) ed uguali per entrambi i sensori. Quando la barriera mobile viene riportata in posizione di riposo sul fondo del canale si registra immediatamente una netta separazione delle due letture corrispondente ad una conducibilità maggiore sul fondo e minore in superficie. Ciò corrisponde al repentino svuotarsi del serbatoio di acqua salata verso il canale Burlamacca (confronta scheda C2, periodo 23/08/ /09/2013). A tutto questo i sensori di San Rocchino rimangono indifferenti, mantenendo invariato sia il proprio andamento temporale sia la propria salinità. E da ritenersi che, sia il repentino svuotamento conseguente all abbattimento della paratia mobile, sia il cuneo di infiltrazione che si instaura a condizione di canale Burlamacca completamente aperto non arrivino ad interessare i sensori a San Rocchino. Si evidenzia peraltro come la condizione di mare alto continuato e barriera mobile costantemente sul fondo canale (12-14 agosto) sia la situazione più favorevole allo stabilizzarsi del possibile cuneo di infiltrazione. 48/115

49 C Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli NOTE SULL ANDAMENTO STAGIONALE Pur ribadendo che l analisi di lungo periodo ha bisogno di serie di dati più estese di quelle ad oggi disponibili, l apparente indifferenza del sensore di San Rocchino è abbastanza sorprendente ed è pertanto utile allargare la finestra temporale di analisi. Il periodo di dati disponibili è 8 mesi che coprono tutto il periodo estivo Si sottolinea che le seguenti considerazioni sono a carattere preliminare ed avranno bisogno di verifiche May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec TEMPERATURA 60 CM DAL FONDO BURLAMACCA TEMPERATURE TEMPERATURA 30 CM DAL FONDO BURLAMACCA TEMPERATURE Figura 37: Stazione di misura S. Rocchino: andamento della temperatura. (15/05/ /01/2014) 49/115

50 Stage (m) MILLISIE Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec CONDUCIBILITA 60 CM DAL FONDO BURLAMACCA MILLISIEMENS-CM CONDUCIBILITA 30 CM DAL FONDO BURLAMACCA MILLISIEMENS-CM Figura 38: Stazione di misura S. Rocchino: andamento della conducibilità elettrica. (15/05/ /01/2014) Si evidenzia come la conducibilità abbia un andamento a campana, centrato, indicativamente, intorno alla metà di settembre. Agli estremi del periodo considerato conducibilità superficiale e profonda sono sostanzialmente appaiate, mentre tendono a separarsi nella parte centrale del grafico (indicativamente dagli inizi di agosto alla metà di ottobre). La barriera mobile alle porte vinciane, in attuazione del protocollo di funzionamento del nodo idraulico, è stata mantenuta in posizione di chiusura dalla metà di giugno alla fine di settembre. 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0,1-0,2 May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec LIVELLO (M S.L.M.) TORRE DEL LAGO STAGE LIVELLO (M S.L.M.) TORRE DEL LAGO STAGE 50/115

51 C Figura 39: Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli Stazione di misura Torre del Lago: andamento dei livelli idrometri del lago. (15/05/ /01/2014) Si evidenzia come i dati a metà del mese di novembre siano outlier. Il livello del lago è stato al di sotto dello zero idrometrico indicativamente da inizio luglio a metà ottobre Confrontando i grafici sembra emergere una qualche relazione tra la campana (positiva) delle conducibilità a San Rocchino e quella (negativa) dei livelli del lago. Ammettendo vera questa affermazione essa potrebbe essere legata ai seguenti fenomeni, anche in combinazione tra di loro. Quanto più il lago è basso, in riferimento al livello del mare, tanto più è elevato il gradiente idraulico in grado di determinare un moto di fluido dal mare verso il lago. La condizione di chiusura sia delle porte vinciane sia della barriera mobile impedisce l instaurarsi di moti di massa significativi ma, come si è visto, non è in grado di bloccare il cuneo di infiltrazione. E possibile che il perdurare del gradiente idraulico nei mesi estivi favorisca una propagazione diffusiva di tale cuneo di infiltrazione tale da determinare gli aumenti di conducibilità registrati a San Rocchino nei mesi estivi. In questa ipotesi è ragionevole ritenere che detto richiamo diffusivo arrivi ad alimentare la cava di S. Rocchino. Nel periodo estivo l aumento delle temperature determina un aumento dell evaporazione dagli specchi liquidi con conseguente aumento della concentrazione salina, e quindi della conducibilità, negli stessi. Il fenomeno interessa chiaramente tutti gli specchi liquidi ma, in riferimento ad un uguale superficie esposta, è più significativo per il canale Burlamacca che non per lo specchio lacuale in virtù di una differente risposta termica (vedi dopo). La seguente Figura 40 mostra l andamento delle temperature ai sensori di San Rocchino ed a Torre del Lago. A fronte di uno stesso andamento generale, i sensori di San Rocchino evidenziano una maggiore oscillazione giornaliera e valori medi e soprattutto di picco significativamente più elevati Jul2013 C TORRE DEL LAGO TEMPERATURE TEMPERATURA 30 CM DAL FONDO BURLAMACCA TEMPERATURE TEMPERATURA 60 CM DAL FONDO BURLAMACCA TEMPERATURE Aug2013 Figura 40: Confronto tra le temperature dell acqua ai sensori di San Rocchino (in ciano e viola) e la temperatura misurata a Torre del Lago (in rosso) (14/07/ /08/2013) 51/115

52 La maggiore risposta termica del canale Burlamacca è legata ai seguenti fattori: - Il canale si sviluppa in ambito urbano ed è circondato da strade, piazzali ecc. ovvero sistemazioni in grado di assorbire più calore e scaldarsi maggiormente, e quindi poi restituire maggior calore, rispetto ai canneti che circondano il lago. - Il canale è poco profondo ed il fondo è scuro. - Per il suo sviluppo urbano il canale è meno esposto, rispetto al lago, ai venti che potrebbero sottrargli calore. - Nella stagione estiva nel canale non si ha, sostanzialmente, flusso e l acqua è ferma. - Come precedentemente detto, nel caso in esame l aumento di temperatura si traduce in un aumento della concentrazione salina e quindi della conducibilità. Immissione di sversamenti e scarichi più meno autorizzati che trovano nella stazionarietà dell acqua nel canale una amplificazione ai loro effetti. Incremento dei transiti di imbarcazioni attraverso il nodo idraulico delle porte vinciane. Tralasciando il possibile contributo degli scarichi nel canale, probabilmente tutti gli altri fenomeni sopra descritti, contribuiscono, pur in modo ed importanza diversi, a determinare la curva delle conducibilità di cui alla Figura 38. In virtù del fatto che il canale Burlamacca è sostanzialmente orizzontale ed è, nel periodo estivo, chiuso nella sua foce a mare, è probabile che l aumento di concentrazione salina nelle acque si traduca in un moto di densità che va ad alimentare la cava di San Rocchino. Al di là della fonte della salinizzazione, si osserva che l andamento della conducibilità nel periodo estivo è analogo a quanto si riscontra avvenire nel fosso Farabola (vedi par. corrispondente). 52/115

53 CONSIDERAZIONI PAR. 3.3 Dalle precedenti analisi dei dati, relativi ai sensori di San Rocchino sul canale Burlamacca, si ritiene di poter trarre le seguenti considerazioni. In condizioni di normale operatività delle porte vinciane, sia con paratoia gonfiabile sollevata oppure sul fondo, il cuneo di infiltrazione dalle porte vinciane non arriva ad influenzare i sensori a San Rocchino. Nel medio periodo, ovvero guardando l andamento stagionale dei dati, si evidenzia in particolare una crescita estiva dei valori di conducibilità nel canale Burlamacca. Ciò potrebbe essere legato sia ad un richiamo diffusivo del cuneo di infiltrazione sia ad un aumento della concentrazione salina legata alle alte temperature estive. E possibile che ciò si traduca in un moto di densità che va ad alimentare la cava di San Rocchino. 53/115

54 3.4 PROFILI DI CONDUCIBILITÀ LUNGO IL CANALE BURLAMACCA A partire dall agosto 2012 sono stati effettuati profili di conducibilità e temperatura in maniera sistematica sulle acque superficiali del lago e del suo reticolo, sino al nodo delle porte vinciane. A partire da aprile 2013 il campionamento è stato esteso alle acque profonde delle principali cave. In Figura 41 sono riportati i punti di campionamento, a ciascuno dei quali corrisponde una verticale di misure. Figura 41: Punti di misura dei parametri di conducibilità e temperatura. I punti dall 1 al 7 sono lungo il canale Burlamacca; il punto 1 è immediatamente a monte della paratoia gonfiabile ed il punto 5 è in corrispondenza dei sensori di San Rocchino. Si riportano di seguito alcuni stralci di tali misurazioni che sono significativi ai fini della comprensione delle dinamiche dell acqua salina lungo il canale Burlamacca. 54/115

55 Stazione di misura: Profili dalle porte vinciane a Torre del Lago (Canale Burlamacca - cava di San Rocchino - cava Incrociata - fosso Le venti - lago di Massaciuccoli) Parametri: Scheda: Conducibilità P1 Mare Mare basso Porte vinciane Aperte Paratoia gonfiabile in posizione di riposo Canale BURLAMACCA Cava S. ROCCHINO Ferrovia Cava INCROCIATA Fosse LE VENTI ID punto Profondità (m dalla superficie) CONDUCIBILITA' (ms/cm) /04/2013 Siamo in una situazione in cui si era instaurato un flusso di acqua dal lago verso il mare. Con riferimento al canale Burlamacca, punti di misura da 1 a 6, si evidenzia una sostanziale omogeneità dei valori di conducibilità, sia longitudinalmente che lungo le verticali di misura. 55/115

56 Stazione di misura: Profili nelle ex cave di sabbia Parametri: Conducibilità Scheda: P2 Mare mediamente a livello lago Porte vinciane in funzione dei livelli Paratoia gonfiabile in posizione di riposo Canale BURLAMACCA Cava S. ROCCHINO Ferrovia Cava INCROCIATA Fosso LE VE ID punto Est Est 12 Ovest 13 Profondità (m dalla superficie) CONDUCIBILITA' (ms/cm) /06/2013 Al momento delle misure lungo il canale Burlamacca il mare era nella fase discendente dell alta marea e le porte vinciane erano chiuse. Si evidenzia come nel punto di misura 1, posto immediatamente a monte della paratoia gonfiabile, si abbia la presenza del cuneo di infiltrazione. Mancano purtroppo le misure nei punti successivi che avrebbero permesso di definire l effettiva estensione di tale cuneo; la verticale di misure nel punto 5 tuttavia permette di escludere che il cuneo di infiltrazione arrivasse alla cava di San Rocchino. 56/115

57 CONSIDERAZIONI PAR. 3.4 I profili di conducibilità sopra esposti confermano quanto già detto in precedenza. In particolare: In condizioni di normale operatività delle porte vinciane ed anche in condizioni di porte vinciane chiuse, si ha la formazione di un cuneo di infiltrazione che, tuttavia, ha estensione limitata e non giunge a riversarsi nella cava di San Rocchino (vedi scheda P2), salvo possibili effetti legati alla diffusività. 57/115

58 3.5 IL FOSSO FARABOLA Il fosso Farabola è un affluente di destra del canale Burlamacca e confluisce in questo subito a valle delle porte vinciane storiche; immediatamente prima della confluenza è presente una paratoia piana a controllo manuale finalizzata ad evitare la risalita del mare lungo la Farabola stessa in caso di forti mareggiate. Il fosso è soggetto alle stesse sollecitazioni e dinamiche di ingressione salina cui è soggetto il canale Burlamacca con la differenza che quest ultimo è protetto in maniera automatica dal sistema di porte vinciane. La Farabola è stata oggetto di uno studio sulle dinamiche di ingressione salina nel lavoro Studio ambientale del canale Sassaia Farabola a cura del Dott. Geol. Paolo Cortopassi, inserito nella pubblicazione Nuovi studi sulla crisi idrica e sulla salinizzazione a Viareggio e in Versilia, 2002, edito da Consorzio di Bonifica Versilia Massaciuccoli, Comune di Viareggio ed Amici della terra, Versilia. Dallo studio emerge come, all epoca, il fosso Farabola fosse soggetto ad essere contaminato dalle acque marine con risalita delle stesse, a cateratta aperta, fino ad oltre 2300 m dalla confluenza nel Burlamacca. Ciò è significativo anche per il Burlamacca perché mostra che, se non ci fosse la barriera del nodo idraulico delle porte vinciane, la risalita marina lungo il canale arriverebbe ad interessare direttamente la cava di San Rocchino; ciò probabilmente anche con maggiore intensità che non nella Farabola in virtù del fatto che in quest ultima, essendo un acqua alta, si ha una portata in transito in grado di ostacolare la risalita salina. Emerge altresì che, nel periodo estivo, a paratoia chiusa, si registra un progressivo aumento della salinità lungo tutta l asta della Farabola, attribuito fondamentalmente agli scarichi del depuratore di Viareggio. Al di là della fonte della salinizzazione, anche in questo caso si osserva l analogia con quanto avviene nel canale Burlamacca (vedi par. San Rocchino, Note sull andamento stagionale). L ultimo aspetto importante è che il fosso Farabola alimenta le acque sotterranee ad Est dello stesso, contribuendone alla salinizzazione. 58/115

59 3.6 CONCLUSIONI Cercando di sintetizzare quanto sin qui emerso si possono individuare i seguenti scenari. In condizioni di mare basso si determina un flusso di acqua dal lago verso il mare con conducibilità, alle porte vinciane, tipiche delle acque del lago ed assenza di stratificazione. La presenza, in posizione di chiusura, della barriera mobile limita significativamente tale flusso pur permanendo un possibile flusso residuo dal lago verso il mare, legato allo sfioro sopra la paratoia stessa, quando i livelli idrici lo consentono. In condizioni di mare alto e porte vinciane chiuse non si hanno flussi di massa significativi, ma si hanno comunque infiltrazioni (per limiti di tenuta delle porte) di acqua marina tali da determinare, a monte delle porte stesse, la presenza di un cuneo salino (cuneo di infiltrazione). L estensione di detto cuneo varia in funzione della differenza di livello tra mare e lago ma è comunque limitata e non arriva ad alimentare le buche delle ex cave di sabbia silicea. La presenza, in posizione di chiusura, della barriera mobile limita ulteriormente l estensione di detto cuneo. In condizioni di mare alto e porte vinciane chiuse ma in situazioni particolari, ad esempio con caterattini aperti o comunque con significativi problemi di tenuta idraulica, l estensione del cuneo di infiltrazione potrebbe essere tale da interessare tutto il canale Burlamacca ed arrivare ad alimentare la buca di san Rocchino. La barriera mobile, se in posizione di chiusura, probabilmente viene scavalcata. In condizioni di mare alto e porte vinciane aperte si realizza un flusso di massa dal mare verso il lago. La barriera mobile, se in posizione di chiusura viene scavalcata. Si evidenzia che tale condizione delle porte vinciane non è prevista in alcun protocollo di funzionamento delle stesse. In condizioni di mare che oscilla intorno al livello del lago, il minimo di marea determina un flusso dal lago verso il mare che elimina il cuneo di infiltrazione eventualmente presente ed abbatte i valori di conducibilità verso i valori tipici del lago; viceversa, la condizione di alta marea determina ingressioni saline che risollevano i valori di conducibilità. In generale, il cuneo di infiltrazione non appare in grado di generare flussi di massa di acqua salata verso il lago. Come precedentemente descritto (vedi il cap. Note sull andamento stagionale ) nel medio periodo si evidenzia tuttavia una crescita estiva dei valori di conducibilità nel canale Burlamacca, probabilmente legata sia ad un richiamo diffusivo del cuneo di infiltrazione sia ad un aumento della concentrazione salina legata alle alte temperature estive e ad un aumento dei transiti di naviglio. E possibile che ciò si traduca in un moto di densità che va ad alimentare la cava di San Rocchino. Tale fenomeno potrà essere verificato con un trend di dati più ampi. l instaurarsi di un flusso dal lago verso il mare è un grado di ripulire efficacemente dalla salinità l intero canale Burlamacca. Il contributo alla salinità dato dalle manovre alle porte vinciane per permettere il passaggio delle imbarcazioni è difficilmente estrapolabile dai dati. E tuttavia da ritenersi limitato, almeno fintanto che il numero di tali manovre è basso; ciò in virtù del fatto che, in una manovra correttamente condotta, il massimo volume di acqua 59/115

60 marina che può essere veicolata da una parte all altra del sistema di porte è, al massimo, pari al volume invasato entro le porte stesse. In conclusione lo studio evidenzia quindi che Il sistema di porte vinciane è di fondamentale importanza nel disconnettere il lago dal mare. Il nodo idraulico delle porte vinciane in condizioni di normale funzionamento, fatta salva l ovvia necessità di mantenerlo sempre nelle condizioni di massima efficienza ed efficacia, appare adeguato a garantire da ingressioni massive di acqua marina verso la cava di San Rocchino. 60/115

61 4 IL SISTEMA DELLE CAVE In questo capitolo sono analizzati i dati di conducibilità e temperatura nel sistema di ex cave di sabbia silicea del lago di Massaciuccoli. In particolare saranno messe a confronto tre serie di misurazioni effettuate a 10 anni di distanza l una dall altra e sarà discussa la distribuzione spaziale della conducibilità ad oggi. I dati utilizzati sono i seguenti: R. Spandre, A. Meriggi, Studio idrologico del bacino del Lago di Massaciuccoli, contenuto nella pubblicazione Lago di Massaciuccoli, 13 ricerche finalizzate al risanamento, Ente Parco Regionale Migliarino S. Rossore Massaciuccoli, (dati ). Autorità di Bacino del fiume Serchio, La salinità delle acque del bacino del lago di Massaciuccoli, Piano di Bacino Stralcio "Bilancio idrico del bacino del lago di Massaciuccoli", (dati novembre 2004 giugno 2005). Autorità di Bacino del fiume Serchio, rilievi qualità delle acque, Ciascuno di questi set di dati riporta le misurazioni condotte sull intera colonna liquida in una serie di punti significativi del sistema di cave. Le misure del 2013 sono state condotte includendo nei punti di misura quelli che già facevano parte dei rilievi precedenti. Per ciascuna cava è riportata una scheda con le principali caratteristiche, i dati di conducibilità e temperatura relativi alle campagne di misura disponibili ed un commento sull evoluzione temporale dei dati. A seguire sono riportate le curve di invaso di ciascuna cava. Poiché, come meglio descritto nel seguito, sia la conducibilità elettrica che la temperatura sono costanti nella porzione profonda delle cave, è stata individuata una profondità di riferimento, pari a 15 m dalla superficie, ed i corrispondenti valori sono stati assunti come rappresentativi di tutta la porzione stabile dell acqua della cava. Tutto ciò al fine di avere un dato sintetico che permettesse di confrontare tra loro e nel tempo misure diverse. 61/115

62 Figura 42: Estratto dalla carta batimetrica del lago di Massaciuccoli (Autorità di Bacino Fiume Serchio, 2010) con l indicazione delle varie ex cave. 62/115

63 L andamento sia della conducibilità elettrica che della temperatura segue curve caratteristiche; in uno stesso punto di misura, superata una determinata profondità di soglia diventano indipendenti dalla profondità stessa, ovvero rimangono costanti per tutta la colonna d acqua sottostante. Tale soglia, per la temperatura è detta termoclino e per la conducibilità è detto aloclino. Relativamente alla conducibilità, la soglia corrisponde anche ad un brusco innalzamento dei corrispondenti valori. Al di sopra della soglia si mantengono le acque più dolci e meno dense; questo strato è quello che maggiormente risente dell andamento meteorologico, in particolare della diluizione indotta dalle piogge, nonché dell effetto dilavante dato dalle correnti in condizioni di piena del lago. In questo strato i parametri fisici si modificano con relativa velocità. Al di sotto della soglia troviamo le acque maggiormente saline e dense. Le alternanze meteorologiche non hanno effetto su questo strato i cui parametri sono soggetti a variare solo nel lungo periodo (anni). Relativamente alla temperatura il termoclino separa una porzione superiore, soggetta all influenze meteorologiche, da una profonda stabile. INQUADRAMENTO GEOLOGICO L attuale pianura costiera è il riempimento del bacino neotettonico della Versilia, una profonda depressione (graben), legata ad una tettonica distensiva che produce ancora oggi movimenti di subsidenza. Tale depressione è stata nel tempo colmata da sedimenti di origine marina e di origine continentale, provenienti principalmente dal sistema Arno/Serchio, dai fiumi Magra e Vara e dai vari torrenti minori; in particolar modo a partire dal Pleistocene medio, circa anni fa, si sono avute fasi alterne di regressione e trasgressione marina, legate alle vicende del glacialismo quaternario, che hanno determinato un alternanza di depositi continentali e depositi marini. L attuale livello del mare è frutto di una risalita di circa 110 metri, avvenuta con la conclusione dell ultima fase glaciale (trasgressione Versiliana); tra 5000 e 3000 anni fa sembra si siano formati gli attuali cordoni dunali, che hanno definitivamente separato il mare dalle zone lagunari e palustri dell entroterra. A seguito di tutto ciò, la stratigrafia più superficiale del sottosuolo in corrispondenza del Lago di Massaciuccoli si può, procedendo dall alto verso il basso, così sintetizzare: Uno strato superficiale a torba ed argille torbose (torba superiore), limitato ad ovest dalle dune costiere, con spessore variabile da 1-2 metri in corrispondenza di Torre del Lago sino a circa dieci metri, nella parte orientale del bacino; questo orizzonte testimonia l ultima regressione marina avvenuta in epoca storica. Uno straterello di sabbie marine a rimaneggiamento eolico. Un livello di sabbie marine a composizione silicea. Queste sabbie sono presenti in tutta la pianura versiliese, pur con spessore variabili: al centro del bacino lacustre la base dell orizzonte è posta alla profondità di metri, mentre risale sino a circa tre metri dal piano campagna verso le colline orientali; sono attribuite alla fase di trasgressione marina detta Versiliana ( anni fa). Questo livello è, tra l altro, sede di un importante acquifero di acqua dolce. 63/115

64 Segue poi un orizzonte di torba ed argille lacustri (torba inferiore) che si estende sino a circa -70 m s.l.m., testimonianza di un oscillazione climatica fredda e regressione marina. Scendendo ancora troviamo sabbie marine, poi argille continentali, ciottoli e ghiaie marine ( 3 ). Il livello di sabbie marine a composizione silicea è stato, in tempi recenti, oggetto di intensa attività estrattiva. Tali sabbie sono, infatti, molto omogenee e molto selezionate, sia dal punto di vista della granulometria sia della composizione chimica; la selezione chimica, in particolare, ha molto ridotto la presenza di ortoclasi e carbonati di calcio ( 4 ). L elevata qualità del materiale ha fatto sì che venissero coltivate numerose cave, sia all interno del lago e dell area palustre, sia nei terreni asciutti contigui. Procedendo da Nord verso Sud le principali sono: Le buche del Brentino. Poste a Nord della Gora di Stiava, esterne al comprensorio del lago ed isolate dal punto di vista del reticolo idraulico di superficie, sono quattro cave principali, molto profonde, attualmente piene di acqua. La Cava alle bozze, la Cava di S. Rocchino, la cava Incrociata e la cava SISA, tutte entro l area palustre. La cava di fronte a Torre del Lago, interna al lago di Massaciuccoli (progetto Sperimentazione idraulica mediante approfondimento del fondale del Lago di Massaciuccoli, Regione Toscana, 1990). Esistono poi molti siti di cava minori distribuiti un po entro tutta l area palustre e la rete dei canali. Nessuno di questi siti è più operativo. L estrazione della sabbia silicea avveniva generalmente per mezzo di pompe aspiranti e la coltivazione scendeva in profondità sino alla transizione con il sottolivello a sabbie marine miste a sedimenti limosi, generalmente a m di profondità. L estensione in profondità delle cave per l estrazione della sabbia ha messo in comunicazione diretta il sistema delle acque superficiali con l acquifero delle sabbie, acquiferi che prima erano, almeno parzialmente, separati. 3 Federici P. R., Stato attuale delle conoscenze geomorfologiche e geologiche del bacino del Massaciuccoli in Versilia (Toscana), Consorzio idraulico di II categoria, canali Burlamacca, Malfante, Venti e Quindici. 4 Autori vari, Lago di Massaciuccoli, 13 ricerche finalizzate al risanamento: lo stato delle conoscenze all avvio delle opere di recupero ambientale, Ente Parco Regionale Migliarino San Rossore Massaciuccoli. 64/115

65 4.1 CAVA DI SAN ROCCHINO Superficie (Km 2 ): Quota fondo (m s.l.m.): E la cava, lungo il percorso del canale Burlamacca più vicina al mare e la prima in cui si riverserebbe una ingressione salina. La porzione a Nord del tracciato del Burlamacca è detta anche cava alle bozze. Figura 43: Cava di San Rocchino 65/115

66 Profili di conducibilità e temperatura Dic. 94 Mag. 95 (periodo umido) (fig. 19a, pag. 69) C 15 m (ms/cm): 22.5 La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 6 m dalla superficie. T 15 m ( C): 17 La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 6 m dalla superficie. Profili di conducibilità e temperatura Giu. 95 Ago. 95 (periodo secco) (fig. 19b, pag. 69) C 15 m (ms/cm): 22 La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 6 m dalla superficie. T 15 m ( C): 17 La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 7 m dalla superficie. DATI /115

67 La conducibilità a 15 m di profondità e la soglia di costanza della conducibilità risultano sostanzialmente le stesse nei due periodi, umido e secco, considerati ( 22 ms/cm a partire da circa 6 m dalla superficie). Analogamente la temperatura ( 17 C a partire da 6 7 m dalla superficie). 67/115

68 Profondità (m dal pelo libero) Profondità (m dal pelo libero) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli 0.0 Conducibilità (ms/cm) Temperatura ( C) S. Rocchino 25/11/2004 S. Rocchino 07/06/2005 Incrociata 07/06/2005 SISA 07/06/2005 CONDUCIBILITA' S. Rocchino 25/11/2004 S. Rocchino 07/06/2005 TEMPERATURA Figura 44: Conducibilità C 15 m (ms/cm): 25.5 La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 10.5 m dalla superficie. Figura 45: Temperatura T 15 m ( C): 17 La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 10.5 m dalla superficie. DATI /115

69 Profondità (m dal pelo libero) Profondità (m dal pelo libero) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli 0.0 Conducibilità (ms/cm) Temperatura ( C) Punto /04/2013 Punto /06/2013 Punto /09/2013 Punto 8-15/04/2013 Punto 8-06/06/2013 Punto 8-20/09/2013 CONDUCIBILITA' Cava di San Rocchino Punto /04/2013 Punto /06/2013 Punto /09/2013 Punto 8-15/04/2013 Punto 8-06/06/2013 Punto 8-20/09/2013 TEMPERATURA Cava di San Rocchino Figura 46: Conducibilità C 15 m (ms/cm): 37.3 La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 7 m dalla superficie. Figura 47: Temperatura T 15 m ( C): 19.3 La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 11 m dalla superficie. DATI 2013 Si evidenzia come i due punti di rilievo (punto 8 e punto 112) restituiscano valori totalmente analoghi, sia per la temperatura che per la conducibilità. 69/115

70 C 15 m (ms/cm): Profondità della soglia di cond. (m): Volume invasato (Mm 3 ): T 15 m ( C): Profondità della soglia di temp. (m): Tabella 2: Cava di SAN ROCCHINO: evoluzione dei parametri caratteristici. Le profondità di soglia sono le profondità, riferite alla superficie liquida, al di sotto delle quali conducibilità o temperatura si possono considerare costanti rispetto alla profondità stessa. Il doppio dato che compare nella colonna fa riferimento al periodo secco ed al periodo umido così come individuati nello studio originale Spandre - Meriggi. In generale, il volume invasato è il volume di acqua presente nella cava al di sotto della soglia di conducibilità costante. E pertanto il volume di acqua presente in cava con conducibilità pari a C 15 m. La tabella evidenzia un trend nettamente crescente della conducibilità con un incremento di circa il 68 % dal Anche la temperatura sembra tendere ad aumentare ( % dal 2004). Confrontando le misure di conducibilità del con quelle del 2013 si può osservare che, a fronte di un volume invasato paragonabile, la conducibilità è sensibilmente incrementata (circa + 68%). A prescindere dalla sua origine, tale incremento è rappresentativo di un afflusso di soluto alla parte profonda della cava. Sotto ipotesi semplificative è possibile tentare una stima dell entità di tali afflussi. Come visto dall inquadramento geologico, la cava insiste nel livello di sabbie marine a composizione silicea della trasgressione marina Versiliana e, pertanto, è in comunicazione con l acquifero di acqua dolce ivi presente. Non si hanno, a nostra conoscenza, stime dell entità degli scambi di acqua salmastra tra cava e detto acquifero ma si può comunque affermare che gli ingressi di soluto sono superiori alle uscite. In modo del tutto arbitrario si è assunto che il soluto in uscita sia il 50% di quello in ingresso. Partendo quindi dalle condizioni nella cava nel 1994 (conducibilità 22 ms/cm e volume invasato di Mm 3 ) si è calcolato quanta acqua salata avrebbe dovuto rilasciare il proprio contenuto di sali entro la cava per avere, nel 2013, una conducibilità pari a 37.3 ms/cm. I risultati sono chiaramente legati alla conducibilità, ovvero alla concentrazione salina, dell acqua in ingresso, per cui il calcolo è stato sviluppato su diversi valori di detta concentrazione in ingresso. E chiaro che aumentando (diminuendo) l entità delle uscite dalla 70/115

71 cava verso l acquifero delle sabbie i corrispondenti volumi affluiti in cava devono corrispondentemente aumentare (diminuire). Conducibilità dell'acqua in ingresso (ms/cm): Totale volume affluito in 20 anni (Mm 3 ): Portata media corrispondente (l/s): Conducibilità finale dell'acqua nell'invaso (ms/cm): Tabella 3: Cava di SAN ROCCHINO: stima degli afflussi salini. Lo schema adottato è assolutamente brutale ed i risultati vanno letti esclusivamente come indicazione sugli ordini di grandezza in gioco. Sulla base di tutto quanto sopra si può ritenere che le ingressioni saline verso la cava di San Rocchino siano dell ordine della decina di litri al secondo. La provenienza di tale ingressione sarà discussa più avanti. 71/115

72 4.2 CAVA DI INCROCIATA S2 S3 S4 Tot Superficie (Km 2 ): Quota fondo (m s.l.m.): La cava Incrociata, per la sua estensione, è stata monitorata e descritta lungo tre porzioni, così come rappresentate nella seguente Figura 48, a loro volta suddivise in parte Est ed Ovest. Figura 48: Cava incrociata e sezioni di analisi 72/115

73 Sezione II Profili di conducibilità e temperatura Dic. 94 Mag. 95 (periodo umido) (fig. 20a, pag. 70) C 15 m (ms/cm): La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 6 m dalla superficie. T 15 m ( C): 14.5 La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 6 m dalla superficie. Profili di conducibilità e temperatura Giu. 95 Ago. 95 (periodo secco) (fig. 20b, pag. 71) C 15 m (ms/cm): La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 7.5 m dalla superficie. T 15 m ( C): 15 La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 7 m dalla superficie. 73/115

74 Profondità (m dal pelo libero) Profondità (m dal pelo libero) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli DATI Conducibilità (ms/cm) CONDUCIBILITA' Cava Incrociata (sez. 2) Temperatura ( C) TEMPERATURA Cava Incrociata (sez. 2) Punto /04/2013 Punto /06/2013 Punto /09/ Punto /04/2013 Punto /06/2013 Punto /09/ Figura 49: Conducibilità C 15 m (ms/cm): 30 La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 11 m dalla superficie. Figura 50: Temperatura T 15 m ( C): 18.4 La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 11 m dalla superficie. DATI /115

75 C 15 m (ms/cm): Profondità della soglia di cond. (m): Volume invasato (Mm 3 ): T 15 m ( C): Profondità della soglia di temp. (m): Tabella 4: Cava INCROCIATA Sez. II: evoluzione dei parametri caratteristici. La tabella evidenzia un trend nettamente crescente della conducibilità con un incremento di circa il 170 % dal Anche la temperatura sembra tendere ad aumentare (+ 22 % dal 2004). 75/115

76 Sezione III Lato OVEST C 15m (ms/cm): 14 La conducibilità presenta un primo ginocchio tra i 5 ed i 7 m di profondità, ed un successivo punto singolare a circa 12 m di profondità. A partire da questo secondo punto la conducibilità cresce in modo sostanzialmente lineare. T 15 m ( C): 12.5 Tra gli 8 ed i 12 m di profondità la temperatura è sostanzialmente indipendente dalla profondità. Tra 12 e 13 m si ha un punto singolare e, a partire da circa 13 m di profondità, la temperatura cresce in modo sostanzialmente lineare. Lato EST C 15m (ms/cm): 9 La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 8 m dalla superficie. T 15 m ( C): 12.5 La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 8 m dalla superficie. Profili di conducibilità e temperatura Dic. 94 Mag. 95 (periodo umido) (fig. 21a, pag. 73) DATI /115

77 Lato OVEST C 15m (ms/cm): 15 Tra circa 8.5 ed 11.5 m di profondità la conducibilità è sostanzialmente indipendente dalla profondità. A circa 11.5 m si ha un punto singolare a partire dal quale la conducibilità cresce in modo sostanzialmente lineare con la profondità T 15 m ( C): 13.5 Lato EST C 15m (ms/cm): 8.5 La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 9.5 m dalla superficie. T 15 m ( C): 13 La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 10 m dalla superficie. Profili di conducibilità e temperatura Dic. 94 Mag. 95 (periodo secco) (fig. 21b, pag. 74) DATI /115

78 Profondità (m dal pelo libero) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli DATI Conducibilità (ms/cm) S. Rocchino 25/11/2004 S. Rocchino 07/06/2005 Incrociata 07/06/2005 SISA 07/06/2005 CONDUCIBILITA' Figura 51: Conducibilità Il punto di misura Incrociata corrisponde al punto 11 delle misure C 15 m (ms/cm): (4.3) Il precedente valore non tiene conto del ginocchio che si realizza a circa 10.5 m dalla superficie. 78/115

79 Profondità (m dal pelo libero) Profondità (m dal pelo libero) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli DATI Conducibilità (ms/cm) CONDUCIBILITA' Cava Incrociata (sez. 3) Punto 11-15/04/2013 Punto 11-06/06/2013 Punto 11-20/09/2013 Punto 11 Est - 06/06/2013 Punto 11 Est - 20/09/ Figura 52: Conducibilità Temperatura ( C) TEMPERATURA Cava Incrociata (sez. 3) Punto 11-15/04/2013 Punto 11-06/06/2013 Punto 11-20/09/2013 Punto 11 Est - 06/06/2013 Punto 11 Est - 20/09/2013 Figura 53: Temperatura C 15 m (ms/cm): 23 La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 9 m dalla superficie. T 15 m ( C): 15.6 La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 11 m dalla superficie. Non si hanno significative differenze tra la parte Est e la parte occidentale della cava. 79/115

80 C 15 m (ms/cm): Profondità della soglia di cond. (m): Volume invasato (Mm 3 ): T 15 m ( C): Profondità della soglia di temp. (m): Tabella 5: Cava INCROCIATA Sez. III lato EST: evoluzione dei parametri caratteristici C 15 m (ms/cm): Profondità della soglia di cond. (m): (*) 9.0 Volume invasato (Mm 3 ): T 15 m ( C): (*) 15.5 Profondità della soglia di temp. (m): Tabella 6: Cava INCROCIATA Sez. III lato OVEST: evoluzione dei parametri caratteristici. * Il lato Ovest della cava presentava, nel rilievo , un comportamento particolare, sia per quanto riguarda la conducibilità che la temperatura. Dopo il primo ginocchio, quello riportato nella tabella precedente, la curva si manteneva costante con la profondità sino ad un successivo e più profondo punto, a partire dal quale sia la temperatura che la conducibilità crescevano, in modo sostanzialmente lineare, con la profondità. Relativamente alla conducibilità, al 1994 si riscontrava una diversa condizione per la porzione Est e la porzione Ovest della cava, con la parte Ovest significativamente più salina. Al 2013 questa differenziazione è scomparsa. In generale è evidente un trend nettamente crescente della conducibilità (+155 % per la parte Est e +53 % per la parte Ovest, dal 1994). Anche la temperatura sembra tendere ad aumentare. Sono scomparsi i ginocchi evidenziati nel 1994 nella porzione profonda della cava Ovest. 80/115

81 Sezione IV Lato OVEST C 15m (ms/cm): 13 La conducibilità presenta un primo ginocchio tra i 4.5 ed i 7.5 m di profondità, ed un successivo punto singolare a circa 13 m di profondità. A partire da questo secondo punto la conducibilità cresce in modo sostanzialmente lineare. T 15 m ( C): 12.5 La temperatura diventa quasi indipendente dalla profondità a partire da circa 7.5 m dalla superficie. Lato EST C 15m (ms/cm): 5 La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 8 m dalla superficie. T 15 m ( C): 11 La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 8.5 m dalla superficie. Profili di conducibilità e temperatura Dic. 94 Mag. 95 (periodo umido) (fig. 22A, pag. 76) DATI /115

82 Lato OVEST C 15m (ms/cm): 14 Tra circa 8 e 13 m di profondità la conducibilità è sostanzialmente indipendente dalla profondità. A circa 13 m si ha un punto singolare a partire dal quale la conducibilità cresce in modo sostanzialmente lineare con la profondità T 15 m ( C): 12.5 La temperatura diventa quasi indipendente dalla profondità a partire da circa 8 m dalla superficie. Lato EST C 15m (ms/cm): 5.5 La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 9 m dalla superficie. T 15 m ( C): 10 La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 9 m dalla superficie. Profili di conducibilità e temperatura Dic. 94 Mag. 95 (periodo secco) (fig. 22b, pag. 77) DATI /115

83 Profondità (m dal pelo libero) Profondità (m dal pelo libero) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli DATI Conducibilità (ms/cm) CONDUCIBILITA' Cava Incrociata (sez. 4) Punto 12 Ovest - 06/06/2013 Punto 12 Ovest - 20/09/2013 Punto 12-15/04/2013 Punto 12-20/09/2013 Punto 12 Est - 06/06/2013 Punto 12 Est - 20/09/ Figura 54: Conducibilità TEMPERATURA Cava Incrociata (sez. 4) Temperatura ( C) Punto 12 Ovest - 06/06/2013 Punto 12 Ovest - 20/09/2013 Punto 12-15/04/2013 Punto 12-20/09/2013 Punto 12 Est - 06/06/2013 Punto 12 Est - 20/09/2013 Figura 55: Temperatura Porzione Est C 15 m (ms/cm): T 15 m ( C): 13.8 La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 7 m dalla superficie La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 11 m dalla superficie. Porzione centro ed Ovest C 15 m (ms/cm): T 15 m ( C): 21.3 La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 6 m dalla superficie La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 9 m dalla superficie. 83/115

84 C 15 m (ms/cm): Profondità della soglia di cond. (m): Volume invasato (Mm3): T 15 m ( C): Profondità della soglia di temp. (m): Tabella 7: Cava INCROCIATA Sez. IV lato EST: evoluzione dei parametri caratteristici C 15 m (ms/cm): Profondità della soglia di cond. (m): (*) 6.0 Volume invasato (Mm3): T 15 m ( C): Profondità della soglia di temp. (m): Tabella 8: Cava INCROCIATA Sez. IV lato OVEST: evoluzione dei parametri caratteristici. * In modo analogo a quanto si aveva nella precedente sezione III della cava Incrociata, anche nella sezione IV il lato Ovest della cava presentava, nel rilievo , un comportamento particolare, stavolta però limitato alla sola la conducibilità. Dopo il primo ginocchio, quello riportato nella tabella precedente, la curva si manteneva costante con la profondità sino ad un successivo e più profondo punto, a partire dal quale la conducibilità cresceva, in modo sostanzialmente lineare, con la profondità. Relativamente alla conducibilità, al 1994 si riscontrava una diversa condizione per la porzione Est e la porzione Ovest della cava, con la parte Ovest significativamente più salina. Tale differenziazione permane ancora oggi. In generale è evidente un trend nettamente crescente della conducibilità (+150 % per la parte Est e +57 % per la parte Ovest, dal 1994). Anche la temperatura sembra tendere ad aumentare. E scomparso il ginocchio nella conducibilità evidenziato nel 1994 nella porzione profonda della cava Ovest. 84/115

85 4.3 CAVA SISA Superficie (Km 2 ): Quota fondo (m s.l.m.): Figura 56: Cava SISA 85/115

86 Profili di conducibilità e temperatura Dic. 94 Mag. 95 (periodo umido) (fig. 23a, pag. 78) C 15 m (ms/cm): T 15 m ( C): DATI La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 11.5 m dalla superficie. Profili di conducibilità e temperatura Giu. 95 Ago. 95 (periodo secco) (fig. 23b, pag. 79) C 15 m (ms/cm): T 15 m ( C): 2.9 La conducibilità diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 6 m dalla superficie. Si ha tuttavia un ginocchio, con successivo rapido incremento della conducibilità con la profondità a circa 16 m al di sotto del pelo libero. 9 La temperatura diventa sostanzialmente indipendente dalla profondità a partire da circa 12 m dalla superficie. 86/115

87 Della cava SISA sono disponibili anche ulteriori dati: Tabella 9: Posizione della misura Anno In superficie A metà Al fondo Cava SISA, ulteriori misure di conducibilità ( 5 ). Dati in ms/cm. 5 R. Spandre, A. Meriggi, Studio idrologico del bacino del Lago di Massaciuccoli, contenuto nella pubblicazione Lago di Massaciuccoli, 13 ricerche finalizzate al risanamento, Ente Parco Regionale Migliarino S. Rossore Massaciuccoli, /115

88 Profondità (m dal pelo libero) Analisi dati di conducibilità Canale Burlamacca e Lago di Massaciuccoli DATI Conducibilità (ms/cm) S. Rocchino 25/11/2004 S. Rocchino 07/06/2005 Incrociata 07/06/2005 SISA 07/06/2005 CONDUCIBILITA' Figura 57: Conducibilità C 15 m (ms/cm): 3.15 Il valore della conducibilità è sostanzialmente indipendente dalla profondità. 88/115