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5
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
DOI: 10.4408/IJEGE.2013-01.O-01
A
ntonellA
BAIoCCHI
(*)
, A
ttIlIo
ColettA
(**)
, l
uCA
eSPoSItI
(*)
,
F
rAnCeSCA
lottI
(*)
& V
InCenzo
PISCoPo
(*)
(*)
Università degli Studi della Tuscia, Dipartimento di Scienze Ecologiche e Biologiche - Largo Università, 01100 Viterbo (Italy) - E-mail: piscopo@unitus.it
(**)
Università degli Studi della Tuscia, Dipartimento di Scienze e Tecnologie per l’Agricoltura, le Foreste, la Natura e l’Energia - Largo Università, 01100 Viterbo (Italy)
CAPTAZIONE SOSTENIBILE DELLE ACQUE SOTTERRANEE
IN UN ACQUIFERO NATURALMENTE CONTAMINATO DA ARSENICO:
IL CASO DELL’AREA VULCANICA DEL CIMINO-VICO (ITALIA CENTRALE)
SUSTAINABLE GROUNDWATER DEVELOPMENT
IN A NATURALLY ARSENIC-CONTAMINATED AQUIFER:
THE CASE OF THE CIMINO-VICO VOLCANIC AREA (CENTRAL ITALY)
RIASSUNTO
Questo studio esamina la presenza di arsenico nelle acque sotter-
ranee dell’area vulcanica del Cimino-Vico (Italia centrale), ampia-
mente utilizzate per il fabbisogno idrico potabile e irriguo. Lo scopo
è quello di fornire un supporto idrogeologico per meglio indirizzare
la gestione delle risorse idriche sotterranee, al fine di minimizzare la
presenza dell’elemento cancerogeno nelle acque captate.
L’area vulcanica del Cimino-Vico costituisce un complesso siste-
ma idrogeologico comprendente diverse falde sospese ed un acqui-
fero basale continuo nelle vulcaniti, in alcune aree influenzato anche
dalla risalita di acque termali. La presenza di arsenico nelle acque
sotterranee è connessa con la lunghezza dei circuiti nelle rocce vulca-
niche e, principalmente, con il sistema idrotermale attivo.
I dati editi e inediti sul contenuto di arsenico delle acque dell’ac-
quifero basale sono stati elaborati al fine di ottenere un mappa aggior-
nata della sua distribuzione, usando tecniche geostatistiche. I risultati
sono stati confrontati con l’attuale distribuzione dei prelievi utilizzati
per acqua potabile. Il confronto evidenzia che l’attuale gestione del-
le risorse idriche sotterranee non sembra essere sostenibile, essendo
presenti le più alte portate di prelievo nelle aree con concentrazione di
arsenico che supera i 10 µg/L, e, viceversa, basse portate di prelievo
nelle aree con bassa concentrazione del contaminante.
Il caso analizzato evidenzia che le scelte future per una gestione
sostenibile delle acque in un’area naturalmente contaminata sono for-
temente condizionate dalla conoscenza dell’ambiente idrogeologico.
Da questa conoscenza scaturiscono alcune possibilità alternative e/o
integrative alle soluzioni che prevedono il trattamento delle acque.
P
arole
chiave
: arsenico, acquifero vulcanico, sostenibilità delle acque sot-
terranee, analisi geostatistica
INTRODUZIONE
La presenza di arsenico nelle acque sotterranee delle aree vul-
caniche dell’Italia centrale e meridionale è nota da circa trenta anni
(per esempio, C
remISInI
et alii, 1979; A
IuPPA
et alii, 2003). Dopo la
recente revisione dei requisiti di qualità delle acque potabili (Decreto
Legislativo 31/2001), cioè l’abbassamento della concentrazione mas-
sima ammissibile (MCL) da 50 a 10 µg/L, l’arsenico è diventato un
ABSTRACT
This study concerns the occurrence of arsenic in groundwater of
the Cimino-Vico volcanic area (central Italy), widely used for drink-
ing water supply and irrigation. The purpose is to provide a hydrogeo-
logical support for re-addressing the groundwater resource manage-
ment in order to minimize the presence of the carcinogenic element
in tapped waters.
The Cimino-Vico volcanic area constitutes a complex hydrogeo-
logical system including several perched aquifers and a continuous
basal aquifer in the volcanites, in some areas also influenced by deep-
rising thermal waters. The occurrence of arsenic in groundwater is
connected to the length of circuits in the volcanic rocks and, mainly,
to the active hydrothermal system.
The published and unpublished data of the arsenic content in
groundwater of the basal aquifer were processed to obtain a reviewed
map of its distribution, using geostatistical techniques. Results were
compared with the present distribution of withdrawal supplying drink-
ing water. The comparison highlights that the present management of
groundwater resources does not follow a sustainable approach, with
higher rate of withdrawal in areas with arsenic concentration exceed-
ing 10 µg/L, and, vice versa, low rate in areas with lower concentra-
tion of the contaminant.
The case study highlights that the future options for promoting
sustainable water management in a naturally contaminated area are
strongly conditioned by the knowledge of the hydrogeological en-
vironment. From this knowledge some alternative and/or integrative
possibilities to the treatment solutions arise.
K
ey
words
: arsenic, volcanic aquifer, groundwater sustainability, geostati-
stical analysis
INTRODUCTION
The presence of arsenic in groundwater of the volcanic areas
of central and southern Italy has been documented for about thirty
years (e.g., C
remISInI
et alii, 1979; A
IuPPA
et alii, 2003). After the
recent revision of the drinking water standard (Italian Legislative
Decree 31/2001), i.e. the lowering of the the maximum allowable
contaminant level (MCL) from 50 to 10 µg/L, arsenic is now not
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CAPTAZIONE SOSTENIBILE DELLE ACQUE SOTTERRANEE IN UN ACQUIFERO NATURALMENTE CONTAMINATO DA ARSENICO:
IL CASO DELL’AREA VULCANICA DEL CIMINO-VICO (ITALIA CENTRALE)
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A. BAIOCCHI, A. COLETTA, L. ESPOSITI, F. LOTTI & V. PISCOPO
only a health problem but also a socioeconomic issue. As a conse-
quence, water management companies and authorities must invest
in water management to ensure drinking standards in line with the
new regulatory context.
This study concerns the occurrence of arsenic in groundwater of
the Cimino-Vico volcanic area (central Italy), widely used for the lo-
cal drinking water supply and irrigation. The purpose is to provide a
hydrogeological support for re-addressing the groundwater resource
management. At present, the groundwater resources of the volcanic
system supply the local demand of drinking water for approximately
170,000 inhabitants. Groundwater is tapped through numerous wells
and springs whose location is based on users proximity and flow rates.
In the Cimino-Vico volcanic area the occurrence of arsenic in
groundwater is mainly connected with the hydrothermal processes
(A
ngelone
et alii, 2009). Thermal waters (50-62 °C) fed from deep-
rising fluids show the highest arsenic concentrations. Cold waters
sampled from the shallower volcanic aquifer are characterized by a
wider variability, and about 66% exceed the limit of 10 µg/L.
In this study, the occurrence of arsenic in groundwater is consid-
ered in relation to the distribution and type of withdrawals supplying
drinking water. Based on new and previous data on arsenic concen-
tration in groundwater, the distribution of the geogenic contaminant
has been reviewed and has been compared with the distribution of the
withdrawals. This understanding is important to address the future
options for the management of groundwater resources.
GEOLOGICAL AND HYDROGEOLOGICAL OUTLINES
The study area lies between the Tyrrhenian coast and the Apen-
nine Chain (Fig. 1). This region contains a series of sedimentary ba-
sins related to the processes that occurred during the formation of the
Apennine Chain. Periods of local subsidence alternated with periods
of differential uplift and intense volcanic activity have affected the
region since the Pliocene. The structural setting and related magmatic
domains of the volcanic area affect the heat flow and temperature vari-
ation with depth. A strong regional heat flow anomaly (>150 mW/m
2
)
characterizes this region (C
AlAmAI
et alii, 1976; C
AtAldI
et alii, 1995).
The investigated area comprises the Cimino and Vico volcanic
complexes (Fig. 1) and covers a surface area of some 900 km
2
.
The Cimino complex was active between 1.35 and 0.95 Ma.
Effusive and explosive activity gave rise to several domes that de-
veloped along a NW-SE trending fracture and included pyroclastic
deposits. Rhyodacitic ignimbrites and domes as well as latitic and
olivine-latitic lavas constitute the volcanic complex (S
olleVAntI
,
1983; l
ArdInI
& n
APPI
, 1987).
The Vico complex consists of a stratovolcano with a central cal-
dera that houses Lake Vico. This volcano was mainly active between
419 ka and 95 ka and developed along a NW-SE elongated graben at
the intersection with a NE-SW fracture. Alternating explosive and ef-
fusive phases gave rise to several pyroclastic deposits and lava flows,
which are phonolitic, tephritic and trachytic in composition (l
oCArdI
,
problema non solo per la salute ma anche per le sue ricadute socio-
economiche. Di conseguenza le agenzie e gli enti preposti alla gestio-
ne delle acque si sono ritrovate ad investire risorse per assicurare i
requisiti della nuova normativa.
Questo studio riguarda la presenza di arsenico nelle acque sotter-
ranee dell’area vulcanica del Cimino-Vico (Italia centrale), ampia-
mente utilizzate per il locale approvvigionamento idrico potabile e
irriguo. Lo scopo è quello di fornire un supporto idrogeologico per
meglio indirizzare la gestione delle risorse idriche sotterranee. Attual-
mente, le risorse idriche sotterranee del sistema vulcanico forniscono
acque potabili ad una popolazione di circa 170.000 abitanti. Le acque
sotterranee sono captate attraverso numerosi pozzi e sorgenti indivi-
duate sulla base della prossimità alle utenze e dell’entità della portata.
Nell’area vulcanica del Cimino-Vico la presenza di arsenico nelle
acque sotterranee è connessa principalmente ai processi idroterma-
li (A
ngelone
et alii, 2009). Le acque termali (50-62 °C) alimentate
da risalite di fluidi profondi mostrano le più alte concentrazioni di
arsenico; le acque fredde, campionate dal più superficiale acquifero
vulcanico, sono caratterizzate da una più ampia variabilità del para-
metro, superando in circa il 66% dei casi, il limite di 10 µg/L.
In questo studio, la presenza di arsenico nelle acque sotterranee e la
sua distribuzione areale è considerata in relazione alla distribuzione ed
al tipo di prelievi utilizzati per l’approvvigionamento potabile, in base
a dati nuovi e pregressi. Questa conoscenza è fondamentale per indi-
rizzare le future scelte per la gestione delle risorse idriche sotterranee.
INQUADRAMENTO GEOLOGICO E IDROGEOLOGICO
L’area di studio ricade tra la costa tirrenica e la catena appenninica
(Fig. 1). Questa regione comprende una serie di bacini sedimentari
conseguenza dei processi che avvennero durante la formazione della
catena appenninica. Dal Pliocene nella regione si alternarono periodi
di locale subsidenza e di sollevamento differenziale ed una intensa
attività vulcanica. L’assetto strutturale ed i relativi domini magmatici
dell’area vulcanica condizionano il flusso di calore dell’area e la varia-
zione della temperatura con la profondità. Infatti l’area è caratterizzata
da una forte anomalia regionale del flusso di calore (>150 mW/m
2
)
(C
AlAmAI
et alii, 1976; C
AtAldI
et alii, 1995).
L’area oggetto di studio comprende i complessi vulcanici del Ci-
mino e del Vico (Fig. 1) ed ha una estensione di circa 900 km
2
.
Il complesso del Cimino fu attivo tra 1,35 e 0,95 Ma. L’attività ef-
fusiva ed esplosiva diede luogo a numerosi domi, che si svilupparono
secondo fratture orientate NW-SE, ed a prodotti piroclastici. Il com-
plesso vulcanico è costituito da ignimbriti e domi riodacitici e lave
latitiche e olivin-latitiche (S
olleVAntI
, 1983; l
ArdInI
& n
APPI
, 1987).
Il complesso del Vico è costituito da uno strato-vulcano con una
caldera centrale ospitante il Lago di Vico. Il vulcano fu attivo principal-
mente tra 419 ka e 95 ka e si sviluppò in un graben allungato in direzio-
ne NW-SE all’intersezione con una frattura orientata NE-SW. Le alterne
fasi esplosive ed effusive diedero luogo a numerosi prodotti piroclastici
e colate laviche di natura fonolitica, tefritica e trachitica (l
oCArdI
, 1965;
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SUSTAINABLE GROUNDWATER DEVELOPMENT IN A NATURALLY ARSENIC-CONTAMINATED AQUIFER:
THE CASE OF THE CIMINO-VICO VOLCANIC AREA (CENTRAL ITALY)
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
m
AttIAS
& V
entrIglIA
, 1970; B
ertAgnInI
& S
BrAnA
, 1986).
Il substrato delle vulcaniti comprende diverse rocce sedimenta-
rie: un complesso sedimentario plio-pleistocenico costituito da con-
glomerati, arenarie, sabbie ed argille; il flysch del Cretacico supe-
riore-Eocene costituito da alternanze calcarenitico-pelitico-calcaree
e torbiditico-pelitico-arenacee; le rocce carbonatiche triassico-pale-
ogeniche spesse diverse centinaia di metri e comprendenti calcari,
calcari marnosi, marne, calcari dolomitici, dolomie e anidriti (B
AldI
et alii, 1974; F
unICIello
et alii, 1977; l
A
t
orre
et alii, 1981; B
uo
-
nASorte
et alii, 1991).
Le caratteristiche strutturali dell’area sono molto complesse a
causa dell’attività neotettonica e delle più recenti deformazioni vulca-
no-tettoniche. Nell’area di studio faglie orientate N-S, E-W, NW-SE
e NE-SW suddividono le strutture profonde e controllano il solleva-
-SW suddividono le strutture profonde e controllano il solleva-
SW suddividono le strutture profonde e controllano il solleva-
mento del substrato delle vulcaniti (B
AldI
et alii, 1974; l
A
t
orre
et
alii, 1981; B
uonASorte
et alii , 1987; B
ArBerI
et alii, 1994).
Le vulcaniti del Cimino e del Vico costituiscono un sistema idro-
geologico limitato dal complesso sedimentario plio-pleistocenico e
dal flysch del Cretacico superiore-Eocene (Fig. 1). Sono stati rico-
nosciuti un acquifero basale continuo e diverse falde sospese in re-
1965; m
AttIAS
& V
entrIglIA
, 1970; B
ertAgnInI
& S
BrAnA
, 1986).
The substratum beneath the Cimino and Vico volcanites consists
of different sedimentary rocks: a Pliocene-Pleistocene sedimentary
complex, including conglomerates, sandstones, sands, and clays;
the Upper Cretaceous-Eocene Flysch, consisting of alternating cal-
careous-pelitic-calcarenites and arenaceous-pelitic-turbidites; the
Triassic-Palaeogene carbonate rocks, several thousand meters thick,
including limestones, marly limestones, marls, dolomitic limestones,
dolostone, and anhydrites (B
AldI
et alii, 1974; F
unICIello
et alii,
1977; l
A
t
orre
et alii, 1981; B
uonASorte
et alii, 1991).
The structural features of the area are very complex because of
neotectonic activity and more recent volcano-tectonic related defor-
mation. Within the study area, faults oriented N-S, E-W, NW-SE and
NE-SW subdivide the deep structures and control the uplift of the
volcanic basement (B
AldI
et alii, 1974; l
A
t
orre
et alii, 1981; B
uo
-
nASorte
et alii , 1987; B
ArBerI
et alii, 1994).
The Cimino and Vico volcanites constitute a hydrogeological
system limited by the Pliocene-Pleistocene sedimentary complex and
Upper Cretaceous-Eocene Flysch (Fig. 1). A continuous basal aquifer
and several perched aquifers have been found in relation to the com-
Fig. 1 - Carta idrogeologica semplificata dell’area vulcanica del Cimino-Vico (da Baiocchi et alii, 2006, modificata)
- Simplified hydrogeological map of the Cimino-Vico volcanic area (modified from Baiocchi et alii, 2006)
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CAPTAZIONE SOSTENIBILE DELLE ACQUE SOTTERRANEE IN UN ACQUIFERO NATURALMENTE CONTAMINATO DA ARSENICO:
IL CASO DELL’AREA VULCANICA DEL CIMINO-VICO (ITALIA CENTRALE)
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A. BAIOCCHI, A. COLETTA, L. ESPOSITI, F. LOTTI & V. PISCOPO
lazione alla complessa idrostratigrafia, che include formazioni con
più alta permeabilità (quali ignimbriti e lave) alternate a formazioni
discontinue a più bassa permeabilità (quali tufi e depositi piroclastici
fini) (B
AIoCCHI
et alii, 2006).
Le falde sospese sono di limitata estensione ed hanno recapito in
numerose sorgenti ubicate a quote elevate e caratterizzate da ridotta
portata (generalmente meno di 0,005 m
3
/s).
L’acquifero basale è caratterizzato da una falda radiale divergen-
te ed interessa l’intero sistema (Fig. 1). La morfologia piezometrica
segue la topografia con un alto piezometrico nel settore centrale com-
prendente i domi del Cimino ed il Lago di Vico (Fig. 1). L’acquifero
basale ha recapito principalmente nei torrenti e nelle sorgenti (queste
ultime con portata generalmente inferiore a 0,02 m
3
/s). Nel limite
sud-orientale del sistema sono stati riscontrati flussi idrici sotterranei
dall’acquifero vulcanico verso l’acquifero alluvionale della Valle del
Tevere, dove il complesso sedimentario plio-pleistocenico è costitu-
ito da depositi conglomeratico-sabbiosi (B
onI
et alii, 1986; C
APellI
et alii, 2005; B
AIoCCHI
et alii, 2006). La parte centrale del sistema,
comprendente i domi del Cimino e la caldera del Lago di Vico, è ca-
ratterizzata dai più bassi valori di trasmissività, generalmente tra 10
-6
e 10
-4
m
2
/s; nelle zone marginali i valori di trasmissività sono general-
mente più alti, tra 10
-4
e 10
-2
m
2
/s (B
AIoCCHI
et alii, 2006).
Il rendimento medio in acque sotterranee del sistema è stato sti-
mato tra 5 e 7 m
3
/s. Le uscite in acque sotterranee sono state stimate in
circa 2,0 m
3
/s verso i torrenti e le sorgenti, in circa 2,3 m
3
/s come flus-
si verso gli acquiferi limitrofi e in circa 1,5 m
3
/s come portate emunte
dai numerosi pozzi diffusi sul territorio (B
AIoCCHI
et alii, 2006).
Nel settore occidentale del sistema emergono acque termali da
sorgenti e pozzi profondi fino a 150 m (Fig. 1). La risalita di tali
acque avviene attraverso il substrato sedimentario delle vulcaniti,
in particolare dove esso è sollevato, fagliato e fratturato e dove
è presente una forte anomalia del flusso di calore. La portata di
queste acque è stata stimata in circa 0.1 m
3
/s per l’area idrotermale
di Viterbo (P
ISCoPo
et alii, 2006). Le acque termali sono di tipo
solfato-alcalino-terroso, hanno temperatura tra 50 e 62 °C, con-
ducibilità elettrica tra 2.700 e 3.400 μS/cm ed alto contenuto in
gas (CO
2
e H
2
S). Invece le acque delle falde sospese e della fal-
da di base delle vulcaniti comprendono acque poco mineralizzate
(conducibilità elettrica tra 200 e 900 μS/cm) e fredde (temperatura
tra 13 e 20°C) di tipo bicarbonato-alcalino (P
ISCoPo
et alii, 2006;
A
ngelone
et alii , 2009).
LA PRESENZA DI ARSENICO NELLE ACQUE SOT-
TERRANEE DEL SISTEMA IDROGEOLOGICO DEL
CIMINO-VICO
La presenza di elementi minori tossici nelle acque sotterranee
dell’area vulcanica del Cimino-Vico, tra cui l’arsenico, è stata documen-
tata in diversi studi (C
remISInI
et alii, 1979; d
All
’A
glIo
et alii, 2001;
V
IVonA
et alii, 2007; A
ngelone
et alii, 2009; A
CHene
et alii, 2010).
La concentrazione di arsenico nelle acque sotterranee del sistema
plex hydrostratigraphy which includes relatively high-permeability
formations (such as ignimbrites and lava flows) alternated to low-
permeability, discontinuous formations (such as tuffs and fine pyro-
clastic deposits) (B
AIoCCHI
et alii, 2006).
The perched aquifers are of limited and discontinuous extent and
discharge to several springs located at high elevation characterized by
low flow (generally less than 0.005 m
3
/s).
The basal aquifer is characterized by radially divergent flow and
extended to the whole system (Fig. 1). The potentiometric surface fol-
lows the topography, with the piezometric high in the central sector,
which includes the Cimino domes and the Lake Vico caldera (Fig.
1). The basal volcanic aquifer discharges mainly into the streams and
springs (generally with flow less than 0.02 m
3
/s). Groundwater out-
flow from the volcanic aquifer towards the alluvial aquifer of the Tiber
Valley has been found in the south-eastern boundary of the system,
where the Pliocene-Pleistocene sedimentary complex is made up of
sandy-conglomeratic deposits (B
onI
et alii, 1986; C
APellI
et alii, 2005;
B
AIoCCHI
et alii, 2006). The central portion of the system, including
the Cimino domes and the Lake Vico caldera, is characterized by the
lowest transmissivity values, generally between 10
-6
and 10
-4
m
2
/s. To-
wards the marginal zones to the W and SE, the transmissivity values
are higher, generally between 10
-4
and 10
-2
m
2
/s (B
AIoCCHI
et alii, 2006).
The mean groundwater yield of the system has been estimated be-
tween 5 and 7 m
3
/s. The discharge has been estimated approximately
2.0 m
3
/s in the streams and springs, 2.3 m
3
/s as flow towards adjacent
aquifers, and 1.5 m
3
/s pumped from numerous scattered wells (B
AIoC
-
CHI
et alii, 2006).
In the western sector of the system, thermal waters emerge from
springs and wells up to 150 m in depth (Fig. 1). These waters are
considered to be due to uprising of deeper groundwater circuits in
the sedimentary basement of the volcanites, where it is locally up-
lifted, fractured and faulted and a strong heat flow anomaly exists.
The yield of this deeper groundwater circuits for the thermal area of
Viterbo is approximately 0.1 m
3
/s (P
ISCoPo
et alii, 2006). Thermal
waters are of the sulfate-alkaline-earth type, have temperatures be-
tween 50 and 62 °C, electrical conductivity between 2,700 and 3,400
μS/cm and high gas content (CO
2
and H
2
S). In contrast, the waters
of the perched and basal volcanic aquifers comprise fresh (electrical
conductivity between 200 and 900 μS/cm) and cold waters (tempera-
ture between 13 and 20°C) of the bicarbonate-alkaline type (P
ISCoPo
et alii, 2006; A
ngelone
et alii, 2009).
OCCURRENCE OF ARSENIC IN GROUNDWATER OF
THE CIMINO-VICO HYDROGEOLOGICAL SYSTEM
In the groundwater of the Cimino-Vico volcanic area the presence
of minor toxic elements, and among these arsenic, was documented
by different studies (C
remISInI
et alii, 1979; d
All
’A
glIo
et alii, 2001;
V
IVonA
et alii, 2007; A
ngelone
et alii, 2009; A
CHene
et alii, 2010).
Arsenic concentration in groundwater of the Cimino-Vico sys-
tem varies from less than 1 µg/L up to 370 µg/L in the different
background image
SUSTAINABLE GROUNDWATER DEVELOPMENT IN A NATURALLY ARSENIC-CONTAMINATED AQUIFER:
THE CASE OF THE CIMINO-VICO VOLCANIC AREA (CENTRAL ITALY)
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
© Sapienza Università Editrice
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Cimino-Vico varia da valori minori a 1 µg/L fino a 370 µg/L nei di-
versi punti d’acqua, comprendenti sorgenti e pozzi (profondi da qual-
che metro fino a diverse decine di metri) della falda di base e delle
falde sospese, sorgenti e pozzi di acque termali. La concentrazione
di arsenico nelle acque destinate al consumo umano supera spesso la
MCL (A
ngelone
et alii, 2009; A
CHene
et alii, 2010).
Facendo riferimento allo studio di A
ngelone
et alii (2009), quello
più completo dal punto di vista idrogeologico e idrochimico per l’area
di studio, la presenza di arsenico nelle acque sotterranee dell’area vul-
canica del Cimino-Vico è principalmente connessa con la risalita di
fluidi profondi che caratterizzano il sistema idrotermale attivo. Le più
alte concentrazioni di arsenico (da 180 a 370 µg/L) sono state trovate
nelle acque termali (temperatura da 50 a 62 °C) alimentate da circuiti
relativamente più profondi nel substrato delle vulcaniti. Nell’acquifero
vulcanico relativamente più superficiale, la distribuzione dell’arsenico è
funzione della locale idrostratigrafia, dell’assetto strutturale e della dire-
zione orizzontale del flusso. Dove l’acquifero vulcanico basale è aperto
ai flussi da circuiti più profondi, sono state ritrovate concentrazioni più
alte di arsenico (da 20 a 100 µg/L). Ciò si spiega come conseguenza del
mescolamento tra le acque provenienti da circuiti idrici profondi con
quelle derivanti dalla ricarica diretta dell’acquifero vulcanico. Questo
avviene principalmente nell’intorno delle zone con faglie. Dove l’ac-
quifero vulcanico basale è isolato inferiormente da un notevole spes-
sore di rocce sedimentarie a bassa permeabilità, la concentrazione di
arsenico è generalmente inferiore a 10 µg/L. Quando si ritrovano alte
concentrazioni di arsenico in queste ultime condizioni idrostratigrafi-
che, la causa è ancora legata a flussi laterali dalle zone limitrofe caratte-
rizzate dai suddetti mescolamenti. Per le falde sospese è stata riscontrata
la più bassa concentrazione di arsenico in relazione a ridotte profondità
e lunghezza dei circuiti idrici nelle vulcaniti. Nelle zone dove l’arsenico
nella falda di base è superiore a 20 μg/L, la concentrazione aumenta con
la profondità dei pozzi e la vicinanza a faglie e fratture.
DATI E METODI
Questo studio si basa su dati pubblicati e inediti riguardanti la
concentrazione di arsenico nelle acque sotterranee.
I dati riportati in A
ngelone
et alii (2009) riguardano 65 punti
d’acqua; i dettagli sul campionamento e sui metodi analitici sono
riportati nello studio citato, metodi analitici (ICP-MS) la cui accura-
tezza e riproducibilità sono ben note. A questi si sono aggiunti i dati
riportati in V
IVonA
et alii (2007) (29 punti d’acqua) per meglio carat-
terizzare il settore orientale del sistema. Sono state inoltre considerate
89 analisi di acque effettuate nel periodo 2005-2009 dal locale gesto-
re idrico (Talete spa). Anche queste ultime analisi sono state condotte
con le stesse tecniche (ICP-MS).
L’insieme dei dati considerati comprende 183 diversi punti d’ac-
qua dei quali 103 captati per scopi potabili. La Tabella 1 riporta una
sintesi statistica delle acque campionate divise per acquifero. La di-
stribuzione totale di campioni mostra una asimmetria positiva con
media pari a circa il doppio del valore mediano di 13,2 μg/L (Tab. 1).
sampled sources, including springs of the basal and perched volcanic
aquifers, wells of the basal and perched aquifers with variable depth
(from some meters up to several tens meters), and thermal springs
and wells. Arsenic concentration often exceeds the MCL in fresh wa-
ters of springs and wells supplying local drinking water (A
ngelone
et alii, 2009; A
CHene
et alii, 2010).
According to A
ngelone
et alii (2009), the more complete hy-
drogeological and hydrochemical characterization for the area un-
der investigation, the occurrence of arsenic in groundwater of the
Cimino-Vico volcanic area is mainly connected with the deep-rising
fluids that characterize the active hydrothermal system. The high-
est arsenic concentrations (from 180 to 370 µg/L) were found in
the thermal springs and wells (temperatures from 50 to 62 °C) fed
from relatively deep groundwater circuits in the substratum of the
volcanic aquifer. In the shallow volcanic aquifer, the distribution of
arsenic is related to the local hydrostratigraphy, structural setting,
and horizontal flow direction. Where the basal volcanic aquifer is
open to the upward flow from deeper circuits, relatively high arsenic
concentrations (from 20 to 100 µg/L) were found. This is explained
as a consequence of mixing between waters with different origins,
i.e. deep groundwater and direct recharge of the volcanic aquifer.
This occurs especially around the deep faulted zones. Where the vol-
canic basal aquifer is sealed by a high thickness of low-permeability
sedimentary rocks, arsenic concentrations is commonly less than
10 µg/L. When relatively high arsenic concentrations are found in
these hydrostratigraphical conditions, the reason is again the lateral
groundwater inflow from adjacent mixing zones. For the perched
aquifers the lowest arsenic concentrations were found in response
to the reduced depth and length of the circuits in the volcanites.
In zones where the arsenic content in the basal volcanic aquifer is
above 20 μg/L, concentration increases according to the boreholes
depth and to the vicinity of faults and fractures.
DATA AND METHODS
This study is based on published and unpublished data about the
arsenic content in groundwater.
Data from A
ngelone
et alii (2009) concerned 65 sources; de-
tails on sampling and analytical procedures are given in the cited
publication, which involve analytical techniques (ICP-MS) of
which the accuracy and reproducibility are well known. Data from
V
IVonA
et alii (2007) (29 sources) were considered to cover the
eastern sector of the system. Other 89 waters were also consid-
ered, sampled in 2005-2009 by the local water authorities (Talete
spa). Also these last water samples were analyzed with the same
techniques (ICP-MS).
The so-constituted dataset considers 183 different sources, of
which 103 tapped for drinking purposes. In Table 1 the sampled wa-
ters are categorized and arsenic content is statistically summarized.
The distribution is positively skewed, with a mean about twice the
median value of 13.2 μg/L (Tab. 1). For all sampled waters the hy-
μg/L (Tab. 1). For all sampled waters the hy-
/L (Tab. 1). For all sampled waters the hy-
background image
CAPTAZIONE SOSTENIBILE DELLE ACQUE SOTTERRANEE IN UN ACQUIFERO NATURALMENTE CONTAMINATO DA ARSENICO:
IL CASO DELL’AREA VULCANICA DEL CIMINO-VICO (ITALIA CENTRALE)
10
A. BAIOCCHI, A. COLETTA, L. ESPOSITI, F. LOTTI & V. PISCOPO
L’attenzione di seguito è focalizzata sull’acquifero basale, di
estensione pari all’intero sistema (C
APellI
et alii, 2005; B
AIoCCHI
et
alii, 2006) e oggetto principale dei prelievi idrici. Le elaborazioni
seguono l’approccio geostatistico e hanno lo scopo di ricostruire
la distribuzione della concentrazione di arsenico e di stimarne il
valore nelle zone non campionate. I dati relativi ai pozzi ed alle
sorgenti dell’acquifero basale (147 punti) sono stati quindi estratti
dall’insieme dei dati originali. L’istogramma dei dati è riportato in
Figura 2a dove è evidente l’alto grado di asimmetria, tipico dei dati
geochimici. Per migliorare la simmetria della distribuzione, è stata
applicata una trasformazione log-normale; il corrispondente isto-
gramma è riportato in Figura 2b e le relative elaborazioni statistiche
sono mostrate in Tab. 2. La distribuzione log-normale presenta due
mode, facendo ipotizzare la presenza di due popolazioni come ritro-
vato da A
ngelone
et alii (2009). Nonostante ciò l’approssimazione
alla distribuzione normale è soddisfacente per l’applicazione del
metodo geostatistico.
Per esaminare la quantità e la distribuzione dei prelievi usati per
l’approvvigionamento potabile nell’area vulcanica del Cimino-Vico,
sono stati considerati i dati del locale gestore idrico (ATO1 Regione
Lazio). Essi riguardano principalmente il tipo di captazione (sorgente
o pozzo), portata media e volume annuo delle acque captate per uso
drogeological type of source is detailed, i.e. springs or wells from the
basal and perched aquifers of volcanites, or thermal aquifer.
Attention is focused herein on the basal volcanic aquifer, which is
extended to the whole system (C
APellI
et alii, 2005; B
AIoCCHI
et alii,
2006) and where the most of withdrawals are located. A geostatistical
approach was applied with the aim of reconstructing the distribution of
the arsenic concentration and making estimates of values and associ-
ated uncertainty at the unsampled locations. Data of wells and springs of
the basal aquifer (147 sources) were extracted from the original dataset.
Histogram of data is shown in Figure 2a where a high skewness, typical
of geochemical data, is evident. In order to improve the symmetry of the
distribution, a lognormal transform was performed; the corresponding
histogram is displayed in Figure 2b and statistics in Table 2. The log
transformed distribution presents two modes, letting suppose the pres-
ence of two different populations in the dataset as found in A
ngelone
et
alii (2009). Nevertheless the approximation to the normal distribution is
sufficiently good to allow the application of the geostatistical processing.
To examine the rate and distribution of withdrawals used for
drinking water in the Cimino-Vico volcanic area, data of the local
water agency (ATO1 Regione Lazio) were considered. They mainly
concern the type of sources (spring or well), average flow and annual
water volume tapped for drinking water. Aggregated data concern-
Tab. 1 - Sintesi delle statistiche descrittive del contenuto di As (µg/L) nelle acque sotterranee (BA: acquifero vulcanico basale; PA: acquifero vulcanico sospeso;
TA: acquifero termale)
- Descriptive statistical summary of As content (µg/L) in groundwater (BA: basal volcanic aquifer; PA: perched volcanic aquifer; TA: thermal aquifer)
Fig. 2 - Istogramma della concentrazione di As per l’acquifero basale (a) e relativi dati secondo la distribuzione log-normale (b)
- Histogram of As concentration for the basal aquifer (a) and relative log-transform distribution (b)
background image
SUSTAINABLE GROUNDWATER DEVELOPMENT IN A NATURALLY ARSENIC-CONTAMINATED AQUIFER:
THE CASE OF THE CIMINO-VICO VOLCANIC AREA (CENTRAL ITALY)
11
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
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potabile. Per ogni comune sono disponibili i dati aggregati riguar-
danti il volume annuo captato nel 2000 per uso potabile; al contrario,
non sempre è disponibile il dettaglio sul volume relativo alla singola
captazione (sorgente o pozzo), così come anche sul tipo di acquife-
ro captato (falda sospesa o basale). Una sintesi dei dati dei comuni
dell’area di studio insieme al numero di abitanti relativo allo stesso
periodo di riferimento sono riportati nella Tabella 3.
Le informazioni disponibili relative a ubicazione, profondità dei
pozzi e quota delle sorgenti inquadrate nel contesto idrogeologico
dell’area (B
AIoCCHI
et alii , 2006; A
ngelone
et alii , 2009) evidenziano
che il volume captato dalle falde sospese è basso in confronto a quello
captato dall’acquifero basale. Risulta che le falde sospese alimentano
acque potabili da circa 30 sorgenti con portate generalmente comprese
tra 0,001 e 0,006 m
3
/s. Se si utilizza la distribuzione di frequenza della
portata delle sorgenti dell’intero sistema (B
AIoCCHI
et alii, 2006), si può
attribuire in prima approssimazione una percentuale del 12% alle acque
captate da falde sospese rispetto al volume totale captato a fini potabili.
RISULTATI
I dati sul contenuto di arsenico nelle acque sotterranee sono stati
elaborati per ottenere una mappa della sua distribuzione. L’approccio
geostastico adottato è quello del kriging (Matheron, 1962). Tutte le
tipologie di kriging sono scritte in termini di covarianza, ma comu-
nemente si considera la funzione semivariogramma piuttosto che la
funzione covarianza. Il semivariogramma sperimentale dei dati log-
trasformati relativi all’acquifero basale è mostrato in Figura 3; il mo-
dello teorico di semivariogramma che meglio rappresenta i dati risulta
quello sferico (C
reSSIe
, 1993; C
HIleS
& d
elFIner
, 1999). Questo mo-
dello è stato introdotto nel calcolo di differenti tecniche kriging, me-
diante l’applicativo Geostatistical Analyst in ambiente GIS ArcMap.
Le tecniche di kriging applicate ai dati sono state il Kriging Sem-
plice e Ordinario. Per stimare la bontà della predizione dei due meto-
ing the annual water volume tapped for drinking water in 2000 are
reported for each municipality, whereas volumes of the single source
(spring or well) are not always available, neither the type of tapped
aquifer (perched or basal aquifers). A summary of data of the munici-
palities in the studied area, together with the number of inhabitants
for the same year, are reported in Table 3.
The available information concerning the location, depth of wells
and elevation of springs set in the hydrogeological context of the
area (B
AIoCCHI
et alii, 2006; A
ngelone
et alii, 2009) highlight that
the volume of water tapped from perched aquifers is low if compared
with the volume tapped from the basal aquifer. It results that the
perched aquifers feed drinking water by approximately 30 springs
with flow generally from 0.001 to 0.006 m
3
/s. If the frequency dis-
tribution of springs discharge of the entire Cimino-Vico hydrogeo-
logical system is considered (B
AIoCCHI
et alii, 2006), a percentage of
12% of the total volume tapped for drinking water can be roughly
attributed to perched aquifers.
RESULTS
Data of the arsenic content in groundwater were processed to
obtain a map of its distribution. The geostatistical technique ap-
plied herein involves the use of kriging (Matheron, 1962). All
kriging systems are written in terms of covariances, but common
practice consists of computing and modeling the semivariogram
rather than the covariance function. The experimental semivari-
ogram of the log-transform dataset of the basal aquifer is shown
in Figure 3; the theoretical semivariogram model that better fitted
the data turned to be the spherical model (C
reSSIe
, 1993; C
HIleS
& d
elFIner
, 1999). This model was introduced in the calculations
of different kriging techniques, through the software Geostatistical
Analyst in the GIS ArcMap environment.
Two different kriging techniques have been applied to the data-
Tab 2 - Confronto delle statistiche tra la distribuzione originale e quella secondo la trasformazione log-normale di As (µg/L) per l’acquifero basale
- Comparison of statistics between the original and the log transform distributions of As (µg/L) for the basal aquifer
Tab. 3 - Volume totale delle acque sotterranee captato nei comuni che ricoprono l’area si studio riferite al 2000 (da ATO1
Regione Lazio; *dati incompleti)
- Total volume of groundwater tapped in municipalities covering the study area referred to 2000 (from ATO1
Regione Lazio; *incomplete data)
background image
CAPTAZIONE SOSTENIBILE DELLE ACQUE SOTTERRANEE IN UN ACQUIFERO NATURALMENTE CONTAMINATO DA ARSENICO:
IL CASO DELL’AREA VULCANICA DEL CIMINO-VICO (ITALIA CENTRALE)
12
A. BAIOCCHI, A. COLETTA, L. ESPOSITI, F. LOTTI & V. PISCOPO
di, è stata effettuata una cross-validazione “leave-one-out” (LOOCV).
Questo tipo di cross-validazione elimina una singola osservazione alla
volta e utilizza le rimanenti come dati per una nuova interpolazione. In
corrispondenza del punto eliminato viene effettuato il confronto tra il
dato stesso e la sua previsione. Ciò viene ripetuto per ogni osservazio-
ne in modo che tutte siano usate come dato di validazione. La Tabella
4 riporta i risultati della cross-validazione.
I risultati delle due tecniche applicate sono simili, con il massi-
mo RMS nel caso dei dati non-trasformati ed il minimo nel caso del
Kriging Ordinario (caso 3 in Tab. 4). Le mappe che rappresentano la
previsione e l’errore standard della previsione relativamente al caso 3
sono riportate in Figura 4.
I dati disponibili riguardanti i prelievi di acque potabili hanno per-
messo di stimare la portare relativamente ad ogni comune, espressa come
set, i.e. Simple and Ordinary Kriging. An estimate of the goodness
of their prediction was calculated through the leave-one-out cross-
validation technique (LOOCV), which employs a single observation
as the validation data, and the remaining observations as the training
data. This is repeated such that each observation in the dataset is used
once as the validation data. Table 4 reports cross-validation results.
Results of the two techniques are similar, with the maximum
RMS in the case of non-transformed data and the minimum in the
case of Ordinary Kriging (case 3 in Tab. 4). Resulting maps repre-
senting the prediction and standard error of prediction from case 3 are
reported in Figure 4.
The available data concerning drinking withdrawals permitted
to estimate the yield for each municipality, expressed as the average
value per unit surface (Q
m
), in a range between 0.095 and 0.547 L/s
Fig. 3 - Semivariogramma sperimentale delle con-
centrazioni di As log-trasformati dell’ac-
quifero basale confrontato con il modello
sferico
- Experimental semivariogram of the log-
transform As concentrations of the basal
aquifer compared with the spherical model
Tab. 4 - Confronto dei risultati della LOOCV dei due metodi
- Comparison of LOOCV results of the two methods
background image
SUSTAINABLE GROUNDWATER DEVELOPMENT IN A NATURALLY ARSENIC-CONTAMINATED AQUIFER:
THE CASE OF THE CIMINO-VICO VOLCANIC AREA (CENTRAL ITALY)
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Fig. 4 - Mappa del contenuto As (μg/L) nelle acque sotterranee dell’acquifero basale mediante il Kriging Ordinario (a) e relativo errore standard della previsione (b)
- Map of As content (μg/L) in groundwater of the basal aquifer from Ordinary Kriging (a) and associated standard error of prediction (b)
background image
CAPTAZIONE SOSTENIBILE DELLE ACQUE SOTTERRANEE IN UN ACQUIFERO NATURALMENTE CONTAMINATO DA ARSENICO:
IL CASO DELL’AREA VULCANICA DEL CIMINO-VICO (ITALIA CENTRALE)
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A. BAIOCCHI, A. COLETTA, L. ESPOSITI, F. LOTTI & V. PISCOPO
valore medio per unità di superficie (Q
m
), in un intervallo tra 0,095 e 0,547
L/s per km
2
. La portata media (Q
t
) derivata dall’intera area dei comuni
considerati (1.425 km
2
) risulta di 0,256 L/s per km
2
. Quest’area include
per intero quella di studio (900 km
2
) (Fig. 5). Q
m
e Q
t
hanno permesso di
determinare la percentuale di prelievo per unità di superficie (p
w
) per ogni
comune secondo la seguente relazione: p
w
= (Q
m
- Q
t
)
/
Q
t
×100. La distri-
buzione di p
w
è riportata in Figura 5 insieme con l’ubicazione nota delle
sorgenti e dei pozzi utilizzati per l’approvvigionamento di acqua potabile.
per km
2
. The average yield (Q
t
) exploited in the wider area of the
municipalities (1,425 km
2
) results 0.256 L/s per km
2
. This area fully
encloses the study area (900 km
2
) (Fig. 5). Q
m
and Q
t
allowed to de-
termine the percentage of withdrawal per unit surface (p
w
) for each
municipality as follows: p
w
= (Q
m
- Q
t
)
/
Q
t
×100. The distribution of p
w
is reported in Figure 5 together with the known location of the springs
and wells used to supply drinking water.
Fig. 5 - Distribuzione dei prelievi per acqua potabile rappresentata come percentuale della portata per unità di superficie rispetto al valore medio dell’intera area
- Distribution of withdrawals for drinking water represented as the percentage of yield per unit surface of each municipality on the average value of the
entire area
background image
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DISCUSSION
The arsenic concentration in groundwater of the volcanic basal
aquifer of the Cimino-Vico system is not homogeneous. The highest
values (from 20 to 100 µg/L) result in an area elongated in NW-SE
direction, whereas values less than 10 µg/L characterize groundwater
of the northern and eastern sectors of the basal aquifer (Fig. 4). This
distribution of the geogenic contaminant can be explained through
the complexity of the hydrostratigraphy and structural setting of the
area and the related mixing phenomena occurring between water cir-
culating in the basal volcanic aquifer and the deep-rising fluids that
characterize the active hydrothermal system, in agreement with the
previous studies (A
ngelone
et alii, 2009). It can be noticed that the
NW-SE strip falls where a strong heat flow anomaly (C
AlAmAI
et
alii, 1976; C
AtAldI
et alii, 1995) or neotectonic and volcano-tectonic
structures were recognized (B
AldI
et alii 1974; l
A
t
orre
et alii,
1981; B
ArBerI
et alii , 1994).
Returning to the subject of the study, present distribution of
withdrawal supplying drinking water results heterogeneous as well.
The comparison of the two maps of Figures 4 and 5 shows that
municipalities with a high p
w
are often characterized by high ar-
senic concentration in tapped water (for example, Civita Castellana
Municipality); vice versa, municipalities with a low percentage of
withdrawals present lower natural contamination of groundwater.
This last condition concerns the eastern sector of the Cimino-Vico
system where significant groundwater outflow from the basal vol-
canic aquifer towards the alluvial aquifer of the Tiber Valley has
been found (B
AIoCCHI
et alii, 2006).
Even if information on the specific volume tapped from each
sources (drinking water springs and wells) are incomplete and no
detailed mapping of the mass flux of the tapped contaminant is
possible, the present management of groundwater resources does
not appear to be sustainable. A new approach to groundwater man-
agement should be implemented considering the distribution of ar-
senic in groundwater. As already specified in the previous research
(A
ngelone
et alii, 2009), the nature and structure of the substra-
tum of the volcanic aquifer must be included among the criteria to
identify the location and manner of the groundwater withdrawals.
Hydrothermal areas and faulted zones in the units underlying the
volcanic aquifer represent the more vulnerable situations for the
pumping of drinking water.
Comparing the arsenic concentrations in groundwater and the
present location of withdrawal supplying drinking water, some con-
siderations can be done. Firstly, the distribution and the rate of with-
drawal at the scale of the hydrogeological system should be recon-
sidered through: i) a detailed evaluation of the yield of the perched
aquifers characterized by the lowest concentrations of arsenic; ii) a
detailed plan of groundwater development in the northern and east-
ern sectors of the system. Secondly, for the critical zones, where
arsenic concentration exceeds 10 μg/L, it should always be verified
that the pumping effects on the horizontal and vertical flow contain
DISCUSSIONE
La concentrazione di arsenico nelle acque sotterranee dell’acqui-
fero basale del sistema Cimino-Vico non è omogenea. I valori più alti
(da 20 a 100 µg/L) risultano in un’area allungata in direzione NW-
SE, mentre valori inferiori a 10 µg/L caratterizzano le acque sotterra-
nee dei settori settentrionali e orientali dell’acquifero basale (Fig. 4).
Questa distribuzione del contaminate geogenico può essere spiegata
attraverso la complessità dell’assetto idrostratigrafico e strutturale
dell’area ed i relativi fenomeni di mescolamento che avvengono tra
acque circolanti nell’acquifero vulcanico basale ed i fluidi di risalita
profonda che caratterizzano il sistema idrotermale, in accordo con i
precedenti studi (A
ngelone
et alii, 2009). Si può notare che la zona
allungata NW-SE corrisponde con quella dove sono state riconosciute
l’anomalia di flusso di calore (C
AlAmAI
et alii, 1976; C
AtAldI
et alii,
1995) e/o le strutture neotettoniche e vulcano-tettoniche (B
AldI
et alii
1974; l
A
t
orre
et alii, 1981; B
ArBerI
et alii, 1994).
Ritornando all’oggetto dello studio, anche gli attuali prelievi idri-
ci potabili risultano non omogeneamente distribuiti sul territorio. Il
confronto tra le due mappe delle Figure 4 e 5 mostra che i comuni
con un alto p
w
sono spesso caratterizzati da un’alta concentrazione
di arsenico nelle acque captate (per esempio, il Comune di Civita
Castellana); viceversa, i comuni con una bassa percentuale di prelie-
vi presentano una bassa concentrazione di contaminazione naturale
delle acque sotterranee. Quest’ultima condizione riguarda il settore
orientale del sistema Cimino-Vico dove esistono significativi flussi
dall’acquifero vulcanico basale verso quello alluvionale della Valle
del Tevere (B
AIoCCHI
et alii, 2006).
Anche se le informazioni sul volume specifico proveniente dal-
la singola captazione idropotabile sono incomplete e la mappatura
del flusso di massa del contaminante non è definibile nel dettaglio,
l’attuale gestione delle risorse idriche sotterranee non sembra essere
sostenibile. Dovrebbe essere adottato un nuovo approccio per la ge-
stione delle acque sotterranee basato proprio sulla conoscenza della
distribuzione dell’arsenico. Come già evidenziato nelle precedenti ri-
cerche (A
ngelone
et alii, 2009), la natura e la struttura del substrato
dell’acquifero vulcanico dovrebbero essere compresi tra i criteri per
la localizzazione e le modalità di prelievo delle acque sotterranee,
tenendo sempre presente che le aree idrotermali e le zone fagliate
delle unità sottostanti l’acquifero vulcanico rappresentano le zone più
vulnerabili per il pompaggio di acque potabili.
Il confronto tra la concentrazione di arsenico e distribuzione dei
prelievi potabili porta ad alcune considerazioni. Innanzitutto, la distri-
buzione e la quantità dei prelievi alla scala di sistema idrogeologico
dovrebbero essere riconsiderati mediante: a) una dettagliata valutazione
della portata delle falde sospese caratterizzate dal più basso contenuto
di arsenico; b) un dettagliato piano di prelievo nei settori settentrionali e
orientali del sistema. In secondo luogo, per le aree critiche con concen-
trazioni sopra i 10 μg/L, dovrebbe essere sempre verificato che l’effetto
del pompaggio sulle componenti orizzontali e verticali del flusso con-
tenga il mescolamento tra circuiti sotterranei superficiali e profondi. In
background image
CAPTAZIONE SOSTENIBILE DELLE ACQUE SOTTERRANEE IN UN ACQUIFERO NATURALMENTE CONTAMINATO DA ARSENICO:
IL CASO DELL’AREA VULCANICA DEL CIMINO-VICO (ITALIA CENTRALE)
16
A. BAIOCCHI, A. COLETTA, L. ESPOSITI, F. LOTTI & V. PISCOPO
the mixing between the relatively shallow and deeper groundwater
circuits. In this last case, new tapping techniques for the basal vol-
canic aquifer can be tested, such as: i) partially penetrating wells
with pumping rate that increases the maximum horizontal extent of
the capture surface at the top of the aquifer (F
AyBISHenko
et alii,
1995); ii) well pumping at constant head that minimizes the impact
of extraction on the aquifer’s local yield, being possible to calibrate
the withdrawal on the volume of water stored by the aquifer (P
ISCoPo
& S
ummA
, 2007; C
ozzolIno
et alii, 2010). These techniques could
avoid stimulating the deeper groundwater circuits characterized by
higher arsenic concentrations.
In order to assess the economic feasibility of new partially pen-
etrating wells, a preliminary estimation was carried out in one of
these critical areas. The cost of new wells yielding 1,200 m
3
/day
according to the previous criteria was estimated based on the cur-
rent price for treatment of the present resources and drilling new
wells. If the total cost of new wells yielding 1,200 m
3
/day for the
first three years (195,000 €) is compared with a parallel traditional
treatment plant (320,000 €), the convenience of the first solution is
evident (Tab. 5).
CONCLUSIONS
At present, the groundwater resources of the perched and basal
aquifers in the Cimino-Vico volcanic area supply the local demand of
drinking water for about 170,000 inhabitants. Groundwater is tapped
through numerous wells and springs whose location is based on users
proximity and flow rates. Comparing the concentration of arsenic in
groundwater with the distribution and rate of the withdrawal supply-
ing drinking water, it results that the present management of ground-
water resources does not appear to be sustainable, being higher rate
of withdrawal in areas of higher arsenic concentration, exceeding 10
µg/L. A new approach to groundwater management should be imple-
mented to contain the impact on human health. Some alternative and/
or integrative possibilities to the treatment of the naturally contami-
nated groundwater arise from the study.
The case analyzed highlights that the future options for promoting
sustainable water management in a naturally contaminated area are
strongly conditioned by the knowledge of the hydrogeological envi-
ronment. It also results that an initially investment in hydrogeological
research constitutes a necessary step for choosing the best technology
quest’ultimo caso, possono essere testate nuove tecniche di pompaggio
dall’acquifero vulcanico, come: a) pozzi incompleti con portata di pom-
paggio tale da incrementare l’estensione orizzontale della zona di cattura
nella parte più superficiale dell’acquifero (F
AyBISHenko
et alii, 1995); b)
pozzi funzionanti a carico costante che minimizzino l’impatto del pom-
paggio sulla locale potenzialità dell’acquifero, in quanto il prelievo risul-
terebbe modulato in base al volume di acqua immagazzinata dall’acqui-
fero (P
ISCoPo
& S
ummA
, 2007; C
ozzolIno
et alii, 2010). Queste tecniche
potrebbero evitare di stimolare i circuiti idrici sotterranei relativamente
più profondi caratterizzati da una più alta concentrazione di arsenico.
Allo scopo di verificare la fattibilità economica di nuovi pozzi
incompleti, è stata condotta una valutazione preliminare per una di
queste aree critiche. Sono stati valutati i costi per la realizzazione di
nuovi pozzi per una portata complessiva di 1.200 m
3
/giorno conside-
rando gli anzidetti criteri e gli attuali prezzi per il trattamento risorsa
e per la realizzazione dei nuovi pozzi. Se si confrontano i costi per i
primi tre anni di funzionamento dei nuovi pozzi con una portata com-
plessiva di 1.200 m
3
/giorno (195.000 €) con quelli di un tradizionale
impianto di trattamento (320.000 €), è evidente la convenienza della
prima soluzione (Tab. 5).
CONCLUSIONI
Attualmente le risorse idriche sotterranee dell’area vulcanica
Cimino-Vicana soddisfano il fabbisogno di circa 170.000 abitanti. Le
acque sotterranee sono captate attraverso numerosi pozzi e sorgenti
distribuiti in relazione alla vicinanza dell’utenza ed alle portate capta-
bili. Dal confronto tra il contenuto di arsenico nelle acque sotterranee
e la distribuzione dei prelievi per uso potabile, l’attuale gestione delle
risorse idriche non risulta essere sostenibile; si riscontra infatti un
elevato volume di prelievi in aree con contenuto di arsenico superiore
a 10 µg/L. E’ auspicabile adottare un nuovo approccio nella gestione
delle risorse idriche al fine di contenere l’impatto sulla salute umana.
Dallo studio scaturiscono alcune possibilità alternative e/o integrative
al trattamento delle acque naturalmente contaminate.
Il caso analizzato evidenzia che le scelte future per una gestione
sostenibile delle acque in un’area naturalmente contaminata sono for-
temente condizionate dalla conoscenza dell’ambiente idrogeologico.
Risulta anche che un iniziale investimento in ricerche idrogeologiche
costituisce una fase necessaria per valutare la tecnologia migliore al
fine di assicurare una buona qualità dell’acqua potabile e, allo stesso
Tab. 5 - Confronto dei costi tra la realizzazione di nuovi pozzi ed il trattamento
- Economic comparison between the drilling of new wells and the
treatment solution
background image
SUSTAINABLE GROUNDWATER DEVELOPMENT IN A NATURALLY ARSENIC-CONTAMINATED AQUIFER:
THE CASE OF THE CIMINO-VICO VOLCANIC AREA (CENTRAL ITALY)
17
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2013)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
to ensure safe drinking water quality with cost-effective feedbacks.
ACKNOWLEDGEMENTS
This work was carried out with a contribution under PRIN 2008
- prot. 2008YYZKEE_002. The authors acknowledge Talete spa and
ATO1 Regione Lazio for providing chemical and withdrawal data.
Special thanks go to Marco Petitta and an anonymous reviewer for
their useful comments and suggestions.
tempo, limitare a quanto effettivamente necessario i costi.
RINGRAZIAMENTI
Questo lavoro è stato svolto con il contributo del PRIN 2008 - prot.
2008YYZKEE_002. Gli autori ringraziano Talete spa e ATO1 Regio-
ne Lazio per i dati chimici e dei prelievi forniti. Gli autori desiderano
ringraziare anche Marco Petitta ed un revisore anonimo per gli utili
commenti e suggerimenti forniti per la revisione del manoscritto.
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CAPTAZIONE SOSTENIBILE DELLE ACQUE SOTTERRANEE IN UN ACQUIFERO NATURALMENTE CONTAMINATO DA ARSENICO:
IL CASO DELL’AREA VULCANICA DEL CIMINO-VICO (ITALIA CENTRALE)
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