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29
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2013)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
DOI: 10.4408/IJEGE.2013-02.O-02
F
abiana
MELLINI & M
arco
PETITTA
Sapienza University of Rome - Department of Earth Sciences - Rome, Italy
E-mail: fabiana_mellini@yahoo.it - marco.petitta@uniroma1.it
INDAGINI IDROGEOLOGICHE PER LA VALUTAZIONE DELLA RISORSA IDRICA
NELLA MEDIA VALLE DEL FIUME TURANO (ITALIA CENTRALE)
HYDROGEOLOGICAL SURVEYS TO ASSESS GROUNDWATER RESOURCES
IN THE MIDDLE VALLEY OF THE TURANO RIVER (CENTRAL ITALY)
RIASSUNTO
Il presente lavoro sintetizza i risultati di uno studio idrogeologi-
co condotto negli ultimi dieci anni per valutare quantitativamente la
risorsa idrica sotterranea rinnovabile emergente nella media valle del
Fiume Turano. A tal fine sono state realizzate delle campagne di misure
di portata in opportune sezioni localizzate lungo il corso del fiume Tu-
rano ed una su un suo affluente che valuta il contributo della sorgente
pedemontana Laghetto. Questa contribuisce con una portata media di
circa 350 L/s al deflusso del fiume che si comporta da sorgente linea-
re con un ulteriore contributo medio equivalente, fungendo da livello
di base locale della circolazione idrica sotterranea. Attraverso l’anali-
si delle caratteristiche geologico-strutturali dell’area è stato delineato
un possibile bacino di alimentazione della sorgente, corrispondente
approssimativamente alla struttura del Monte Pelato-Monte Sole con
un’estensione di circa 16 km². Il modello concettuale dedotto mostra
che la falda contenuta nell’acquifero carbonatico sabino alimenta sia la
sorgente Laghetto che quella lineare lungo il fiume, con una circolazio-
ne idrica attiva anche all’interno dell’acquifero locale dei depositi neo-
genici di riempimento del bacino intramontano di Rieti. In base ai crite-
ri dell’idrogeologia quantitativa viene proposto un modello preliminare
di circolazione idrica sotterranea validato dal calcolo dell’infiltrazione
efficace nell’area di alimentazione della sorgente, dai parametri chimi-
co-fisici delle acque e dai dati isotopici. Correlando opportunamente i
dati piezometrici ottenuti e le quote del fronte sorgivo, emerge che la
media valle del fiume Turano è una zona di recapito delle acque che si
infiltrano nel settore meridionale del bacino di Rieti e drenano verso
la piana, coinvolgendo la circolazione nel substrato carbonatico local-
mente affiorante. L’acquifero basale, drenato a scala regionale dalle due
grandi sorgenti de Le Capore a SW e Peschiera ad E, presenta quindi un
recapito locale nella Valle del Fiume Turano.
T
ermini
chiave
: sorgenti puntuali e lineari, acquiferi carbonatici, depositi
continentali neogenici, idrogeologia quantitativa, Appennino Centrale
INTRODUZIONE
In Italia, i corsi d’acqua appenninici rappresentano spesso zone di
recapito della circolazione idrica sotterranea a scala regionale, drenan-
do le falde contenute nel substrato carbonatico (b
oni
et alii, 1986). La
ABSTRACT
This paper outlines the results of a hydrogeological study con-
ducted in the past decade to quantitatively assess renewable ground-
water resources emerging in the middle valley of the Turano River, in
terms of recorded average and minimum discharge values. To this end,
discharge monitoring surveys were carried out on appropriate sections
along the Turano River and on one section along one of its tributaries
representing the contribution of the piedmont spring called Laghetto.
This spring contributes about 350 L/s on average to the discharge of the
river, which acts as a linear spring with an additional average equiva-
lent contribution and represents the local groundwater base level.
Based on the geological-structural setting of the area, the basin feeding
the spring is supposed to roughly correspond to the Mt. Pelato-Mt. Sole
basin and to extend for about 16 km². The inferred conceptual model
shows that the groundwater contained in the Sabine carbonate aquifer:
i) supplies both the Laghetto spring and the linear one along the river;
ii) also flows in the local aquifer of the Neogene deposits that fill the
intramontane basin of Rieti; and iii) has seasonal variability depending
on the level reached in the basal carbonate aquifer. The paper proposes
a preliminary model of groundwater flow based on quantitative hydro-
geology criteria. The model was validated by the calculation of effec-
tive infiltration in the spring recharge area, by the physico-chemical
parameters of the investigated waters and by isotope data. The correla-
tion of piezometric data with spring elevations indicates that the middle
Turano River valley is the zone of discharge of waters that infiltrate into
a wide portion of the southern sector of the Rieti basin and which drain
towards the plain, travelling in the locally exposed carbonate bedrock.
The study thus suggests that the basal aquifer, drained at regional scale
by the two large springs of Le Capore to the SW and Peschiera to the E,
also has a local point of discharge in the Turano River valley.
K
eywords
: localised and linear spring, carbonate aquifers, continental depo-
sits, quantitative hydrogeology, central Apennines
INTRODUCTION
In Italy, Apennine streams often represent zones of discharge of
regional-scale groundwater, draining the aquifers contained in the
carbonate bedrock (b
oni
et alii, 1986). The occurrence of these linear
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INDAGINI IDROGEOLOGICHE PER LA VALUTAZIONE DELLA RISORSA IDRICA
NELLA MEDIA VALLE DEL FIUME TURANO (ITALIA CENTRALE)
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F. MELLINI & M. PETITTA
springs has been known for various decades along the main intra-
montane valleys, where the interposed recent Plio-Quaternary depos-
its often ensure the transfer of groundwater between basal aquifers
and streams (P
etitta
, 2009; P
etitta
et alii, 2011). These drainages
have seasonal variability in terms of discharge, especially in places
where they start contributing to stream discharge, with variable el-
evation and location depending on piezometric oscillations. At times,
geological-structural conditions, too, have an impact on the location
of springs, which may be both localised and in-stream and are due
to the interposition of recent deposits of average permeability, ca-
pable of channelling groundwater towards rivers. Normal changes
in precipitation and effective infiltration over multiple years may
entail changes not only in discharge but also in recharge, favouring
the emergence of groundwater owing to the structural setting or via
transfer through Plio-Quaternary covers. Under these hydrogeologi-
cal conditions, also local drainages (feeding springs with a discharge
of a few hundreds of litres per second) may help identify drainage
pathways and the water divides of large regional aquifers, as in the
case of the Turano River investigated in this study.
The area under review is located in north-eastern Latium, at the
southern margin of the Rieti basin, and comprises the middle val-
ley of the Turano River. This river originates from the piedmont of
the Carseolani mountains and, in its upper reach, it collects the karst
waters from the same mountains. The river flows along a valley that
is adjacent and roughly parallel to the Salto valley, in a NNW-SSE
direction. A dam, giving rise to lake Turano, occurs uphill of the vil-
lage of Posticciola. The investigated area lies downstream of the dam,
in the sector extending from the village of RoccaSinibalda to the one
of Maglianello Basso, from S to N, respectively (Fig. 1). The Turano
River outflows into the Rieti valley, on the left bank of the Velino
River, after its confluence with the Ariana stream.
In this sector, the carbonate bedrock outcrops with lithotypes
belonging to the Sabine succession (c
ivitelli
et alii, 1986; c
or
-
da
& M
ariotti
, 1986; c
osentino
& P
arotto
, 1986; G
alluzzo
&
s
antantonio
, 2002) and in contact with the continental deposits of
Neogene age filling the intramontane basin of Rieti (c
avinato
et
alii, 1989; c
avinato
& P
arotto
, 1992; b
arberi
& c
avinato
, 1993;
c
avinato
, 1993).
GEOLOGICAL AND HYDROGEOLOGICAL SETTING
The Rieti basin lies in an intramontane valley that originated in-
side the Umbria-Sabina domain in upper Pliocene times. It is NNW-
SSE-trending, sub-rectangular depression located between two major
compressional structures: the Reatini Mts. ridge and the Sabini Mts.
one (Fig. 1) (c
osentino
et alii, 1991; c
osentino
& P
arotto
, 1991;
c
avinato
et alii, 1992a). Geologically, the Sabine domain is a zone of
transition between basins with different sedimentation: the Latium-
Abruzzi carbonate platform, exposed E of the Olevano-Antrodoco
line (the eastern margin of the Reatini Mts. ridge) and the Umbria-
presenza di tali sorgenti lineari è ormai nota da diversi decenni lungo
le principali valli e conche intramontane, dove spesso i depositi recenti
plio-quaternari interposti fungono da transfer idrico tra gli acquiferi
basali ed il corso d’acqua (P
etitta
, 2009; P
etitta
et alii, 2011). Que-
sti drenaggi presentano una variabilità stagionale in termini di portata
soprattutto laddove ha inizio il contributo in alveo, che varia in quota
ed in ubicazione in funzione delle oscillazioni piezometriche. Talvolta
però anche le condizioni geologico-strutturali influiscono sulla loca-
lizzazione delle emergenze, consentendo sia la presenza di sorgenti
localizzate che di sorgenti in alveo, dovute all’interposizione di de-
positi recenti a media permeabilità, in grado di convogliare le acque
sotterranee verso i fiumi. Le normali oscillazioni delle precipitazioni e
di conseguenza dell’infiltrazione efficace su scala pluriennale possono
quindi determinare variazioni non solo nell’entità della portata eroga-
ta, ma anche nelle modalità di alimentazione, favorendo l’emergenza
condizionata dall’assetto strutturale o viceversa quella connessa al
transfer idrico attraverso i depositi plio-quaternari di copertura. In tali
condizioni idrogeologiche, anche drenaggi a carattere locale, alimen-
tanti sorgenti di portata limitata a qualche centinaio di litri al secondo,
possono assumere importanza non trascurabile nell’individuazione
delle direzioni di drenaggio e degli spartiacque dei grandi acquiferi
regionali, come nel caso del Fiume Turano qui studiato.
L’area oggetto di studio è localizzata nel Lazio nord-orientale al
margine meridionale del bacino di Rieti e comprende la media valle del
Fiume Turano. Questo nasce dalle pendici dei monti Carseolani e nel
tronco superiore raccoglie le acque carsiche da essi provenienti. Il fiume
corre in una valle contigua e all’incirca parallela a quella del Salto, in
direzione NNW-SSE. A monte del paese di Posticciola è presente uno
sbarramento artificiale che ha dato luogo al lago del Turano. L’area inda-
gata si colloca a valle rispetto alla diga nel tratto compreso tra l’abitato
di Rocca Sinibalda e Maglianello Basso, rispettivamente da sud verso
nord (Fig. 1). Il Turano sfocia nella valle reatina in sinistra idrografica
del fiume Velino, dopo la confluenza con il Fosso dell’Ariana.
Nel settore in esame il substrato carbonatico, affiorante con litotipi
appartenenti alla Successione Sabina (c
ivitelli
et alii, 1986; c
orda
&
M
ariotti
, 1986; c
osentino
& P
arotto
, 1986; G
alluzzo
& s
antanto
-
nio
, 2002), è in contatto con i depositi continentali neogenici di riem-
pimento del bacino intramontano di Rieti (c
avinato
et alii, 1989; c
a
-
vinato
& P
arotto
, 1992; b
arberi
& c
avinato
,1993; c
avinato
, 1993).
INQUADRAMENTO GEOLOGICO E IDROGEOLOGICO
Il bacino di Rieti si imposta su una conca intramontana, formatasi
a partire dal Pliocene Superiore all’interno del Dominio Umbro-Sa-
bino. Si tratta di una depressione sub-rettangolare, orientata NNW-
SSE, compresa tra due importanti strutture compressive: la dorsale
dei Monti Reatini e quella dei Monti Sabini (Fig. 1) (c
osentino
et
alii, 1991; c
osentino
& P
arotto
, 1991; c
avinato
et alii, 1992a). Da
un punto di vista geologico il dominio Sabino rappresenta una zona
di transizione tra bacini a differente sedimentazione: la piattaforma
carbonatica laziale-abruzzese affiorante ad est rispetto alla linea Ole-
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HYDROGEOLOGICAL SURVEYS TO ASSESS GROUNDWATER RESOURCES
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vano-Antrodoco, margine orientale della dorsale dei Monti Reatini;
ed il bacino umbro-marchigiano con sedimentazione pelagica.
Nel Miocene superiore l’area viene coinvolta nella formazione della
catena appenninica e attraverso un’attività tettonica polifasica si forma
un sistema di falde impilate verso i quadranti orientali. Per ciascuna
dorsale si individuano diverse unità strutturali separate da superfici di
sovrascorrimento di importanza regionale che comprendono termini
via via più giovani passando da falde geometricamente più rilevate ad
ovest a quelle a quota minore ad est. La Successione Sabina tipica, qui
affiorante, è caratterizzata da una sedimentazione essenzialmente carbo-
natica in facies neritica, dal Trias superiore al Lias inferiore, e da termini
calcareo-silico-marnosi, anche ricchi in selce, dal Lias medio al Mio-
cene Inferiore (c
orda
& M
ariotti
, 1986; G
alluzzo
& s
antantonio
,
2002). La paleo-morfologia del bacino indica nella media valle del fiu-
me Turano la presenza in sinistra idrografica di affioramenti carbonatici
poco estesi, localizzati a quote più basse rispetto a quelli sul versante
Marche basin with pelagic sedimentation.
In the upper Miocene, the area was involved in the formation
of the Apennine chain through a polyphasic tectonic activity, which
created a system of overthrusts towards the eastern quadrants. In
each ridge, different structural units are identified; these units are
separated by regional-scale thrust surfaces, which consist of gradu-
ally younger terms passing from geometrically higher thrusts to the
W to lower ones towards E. The Sabine succession exposed here
shows a dominantly neritic carbonate sedimentation (upper Trias
to lower Lias) and calcareous-siliceous-marly terms, occasionally
cherty (middle Lias to lower Miocene) (c
orda
& M
ariotti
, 1986;
G
alluzzo
& s
antantonio
, 2002). The paleo-morphology of the ba-
sin suggests the occurrence of limited carbonate outcrops in the val-
ley of the Turano river, namely on its left bank. These outcrops lie at
lower elevations than those on the opposite side, where the most an-
cient terms of the succession outcrop near the structural high of Mt.
Fig. 1 - Principali
caratteristiche
geologico-strutturali
dell’area Sabina, nel riquadro l’area oggetto di stu-
dio. LEGENDA: 1) depositi plio-pleistocenici e
coperture recenti; 2) unità stratigrafiche in facies
pelagica e di transizione (Successione umbra e um-
bro-sabina); 3) unità stratigrafiche in facies di piat-
taforma carbonatica (Successione laziale-abruzzese);
4) depositi terrigeni tortoniano-messiniani; 5) sigla
unità tettoniche; 6) traccia di sezione geologica, 7)
sovrascorrimento; 8) faglia trascorrente; 9) faglia di-
stensiva: i trattini indicano la parte ribassata e la di-
rezione di movimento; 10) faglia indeterminata; 11)
asse di anticlinale; 12) asse di anticlinale rovesciata;
13) asse di sinclinale; 14) asse di sinclinale rovescia-
ta (da c
osentino
et alii, 1991)
- Main geological-structural setting of Sabina basin,
the square shows the investigated area. LEGEND:
1) Plio-Pleistocene deposits and recent deposits; 2)
pelagic-transitional facies units (Umbria-Sabina do-
main); 3) carbonate facies units (Latium-Abruzzi do-
main); 4) Sinorogenic deposits; 5) tectonic unit ID;
6) geological section line; 7) thrust; 8) extensional
fault; 9) normal fault: dashed lines show dip and
direction of transport; 10) unknown fault; 11) anti-
cline forelimb; 12) anticline overturned forelimb; 13)
sincline forelimb; 14) sincline overturned forelimb
(from C
osentino
et alii, 1991)
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F. MELLINI & M. PETITTA
opposto dove, in corrispondenza dell’alto strutturale del Monte Pelato,
affiorano i termini più antichi della successione: Calcari e Marne a Po-
sidonia, Calcari Diasprigni e Maiolica (s
ervizio
G
eoloGico
, 2013).Nel
Pliocene superiore, lungo il bordo orientale del bacino si individua una
master fault orientata N160° che determina una paleomorfologia ad alti
strutturali e l’inizio di una intensa sedimentazione continentale fluvio-
lacustre (c
avinato
et alii, 1989;c
avinato
et alii, 1992b; c
avinato
,
1993). Il ribassamento del substrato carbonatico favorisce l’impostazio-
ne di un paleo-reticolo fluviale che erode e smantella la catena portando
alla deposizione dei conglomerati villafranchiani e delle alluvioni. Le
caratteristiche del drenaggio superficiale dipendono dalla soglia del ba-
cino, individuata nei depositi travertinosi della cascata delle Marmore.
Il primo deposito di riempimento è rappresentato dall’Unità Deposizio-
nale Inferiore (UDI), dall’Unità Inferiore di Posticciola (UIP) e dalla co-
eva Unità di Calcariola-Fosso Canalicchio (UCFC), depositi in facies di
alluvial fan con uno spessore variabile dai 280 m ai 350 m e con area di
alimentazione corrispondente alla dorsale dei Monti Reatini e del Monte
Nuria. Sopra di essa in rapporto di paraconcordanza, si trova l’Unità
Deposizionale Superiore (UDS) tipica di un ambiente fluvio-lacustre,
dallo spessore variabile tra 50 m e 175 m, con un drenaggio che indi-
ca un cambiamento dell’area sorgente dal dominio umbro-marchigiano
alla piattaforma laziale-abruzzese (b
arberi
& c
avinato
, 1993) (Fig. 2).
L’area possiede caratteristiche geologico-strutturali ed idrogeologi-
che intermedie rispetto a quelle del bacino umbro-marchigiano e della
piattaforma laziale-abruzzese. Da un lato, il dominio di bacino mostra
un assetto strutturale tipicamente plicativo e una continuità idraulica tra
le strutture che rende difficile l’individuazione di limiti idrogeologici
ben distinti. Le dorsali tuttavia sono disarticolate da faglie che contri-
buiscono a ricaricare gli acquiferi profondi e a creare in superficie un
reticolo idrografico ben sviluppato che incide le strutture e drena le falde
Pelato: Calcari e Marne a Posidonia, CalcariDiasprigni and Maiolica
(ISPRA, 2013). A N160° master fault developed along the eastern
edge of the basin in the upper Pliocene; the fault, producing a struc-
tural-high paleo-morphology, marked the onset of an intense fluvio-
lacustrine continental sedimentation (c
avinato
et alii, 1989;c
av
-
inato
et alii, 1992b; c
avinato
, 1993). The downthrown carbonate
bedrock favoured the formation of a paleo-fluvial network, which
eroded and dismantled the chain, leading to the deposition of Vil-
lafranchian conglomerates and alluvia. Surface drainage depends on
the sill of the basin, identified in the travertine deposits of the Mar-
more falls. The first filling deposit includes the Lower Depositional
Unit (UDI), the Lower Posticciola Unit (UIP) and the coeval Cal-
cariola-Fosso-Canalicchio (UCFC) unit, alluvial fan deposits with a
thickness of 280 to 350 m and a recharge zone corresponding to the
ridge of the Reatini Mts. and of Mt. Nuria. The Upper Depositional
Unit (UDS) unconformably overlies the above-mentioned units. This
unit, typical of a fluvio-lacustrine environment, has a thickness of 50
to 175 m; its drainage reflects a change of the source area from the
Umbria-Marche domain to the Latium-Abruzzi platform (b
arberi
&
c
avinato
, 1993) (Fig. 2).
The geological-structural and hydrogeological characteristics
of the area are intermediate between those of the Umbria-Marche
basin and those of the Latium-Abruzzi platform. On one hand, the
basinal domain displays a typically folded structural setting and a
hydraulic continuity between the structures that makes it difficult
to distinguish hydrogeological boundaries. However, the ridges are
dislocated by faults, which help recharge deep aquifers and create
a well-developed hydrographic network at the surface; by incising
the structures and draining the aquifers, this network gives rise to
numerous linear springs; localised springs are less frequent and
Fig. 2 - Schema dei rapporti stratigrafici delle unità villafranchiane e post-villafranchiane. LEGENDA: unità post-villafranchiane 1) a) depositi fluvio-lacustri; b)
travertini; c) conglomerati rielaborati (Pleistocene medio-Olocene). Unità villafranchiane: 2) UDS in facies fluvio-lacustre (Villafranchiano superiore): a)
depositi fluviali; b) depositi lacustri; 3) UDI in facies di alluvial fan (Villafranchiano inferiore): a) conglomerati massivi in corpi tabulari; b) conglomerati
a stratificazione incrociata; 4) Unità di Calcariola Fosso Canalicchio (UCFC) in facies di alluvial fan (Villafranchiano inferiore): a) conglomerati in corpi
tabulari; b) Brecce di Roccaranieri; 5) substrato carbonatico; 6) paraconcordanza; 7) discordanza angolare; 8) faglia diretta (da c
avinato
, 1992b)
- Stratigraphic sketch of Villafranchian and post-Villafranchian units. LEGEND: post-Villafranchian units 1) a) fluvial and lacustrine deposits; b) traver-
tine; c) worked conglomerate deposits (Middle Pleistocene-Olocene). Villafranchian units: 2) fluvial and lacustrine UDS deposits (Upper Villafranchian):
a) fluvial deposits; b) lacustrine deposits; 3) alluvial-fan UDI deposits (Low-Villafranchian): a) tabular conglomerate body; b) cross tabular set con-
glomerate; 4) Calcariola-Fosso Canalicchio alluvial fan unit (UCFC) (Low-Villafranchian): a) tabular body conglomerate; b) Rocca Ranieri breccia; 5)
bedrock; 6) and 7) erosional surface; 8) normal fault (from C
avinato
, 1992b)
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dando luogo allo sviluppo di numerose sorgenti lineari; le sorgenti pun-
tuali sono meno frequenti e generalmente caratterizzate da portate non
superiori al centinaio di litri/secondo. Dall’altro, il dominio di piattafor-
ma carbonatica è caratterizzato da estese dorsali separate da diaframmi a
bassa permeabilità, da un ruscellamento di superficie trascurabile e sor-
genti periferiche con portate molto elevate e stabili (b
oni
et alii, 1986).
In Sabina sono presenti grandi acquiferi contenuti nelle rocce
carbonatiche mesozoiche che alimentano le più cospicue sorgenti del
Lazio ed in particolare l’area meridionale del bacino di Rieti si colloca
a cavallo tra importanti aree ricche di gruppi sorgivi (c
aPelli
et alii,
2012). Nel settore nord-orientale, le numerose emergenze del Peschie-
ra, della piana di San Vittorino ed il drenaggio delle acque sotterra-
nee lungo il corso del fiume Velino indicano una portata complessiva
prossima ai 30 m³/s, livelli di base compresi tra 510 m e 405 m s.l.m.
e un’area di alimentazione costituita prevalentemente dalle unità del
Complesso di Piattaforma carbonatica (b
oni
et alii, 1995; P
etitta
;
2009). All’interno del Complesso di Transizione piattaforma-bacino,
sul bordo settentrionale del bacino di Rieti, si trova la sorgente di San-
ta Susanna che a quota 390m eroga una portata complessiva di oltre
5 m³/s drenando la dorsale dei monti Reatini (s
Padoni
et alii, 2010).
Nel settore sud-occidentale è presente la sorgente Le Capore, a quota
248m s.l.m lungo l’alveo del torrente Farfa, con una portata di circa
5m³/s ed un’area di ricarica estesa dai Monti Sabini Occidentali e Me-
ridionali (c
aPelli
et alii, 1987; M
artarelli
et alii, 2008a, b) (Fig. 3).
Nell’area sabina affiorano estesamente i depositi plio-quaternari
di riempimento della conca intramontana, indicativi di un ambiente
a sedimentazione continentale fluviale e lacustre. Si tratta di sedi-
menti molto eterogenei con caratteristiche idrogeologiche variabili
che generalmente contengono nei livelli più permeabili falde so-
spese. Queste, in prossimità di locali limiti a flusso nullo, possono
emergere creando piccole sorgenti puntuali della portata di pochi
L/s. Il rapporto tra questi depositi post-orogenici e gli acquiferi
carbonatici non è finora stato indagato in dettaglio. Essendo carat-
terizzati da una minore infiltrazione efficace, possono localmente
presentare limiti di permeabilità dando luogo alla formazione di sor-
genti pedemontane basali. Nel caso di continuità idraulica con l’ac-
quifero carbonatico, possono essere sede di acquiferi multi-falda; in
tal caso, le acque sotterranee travasano verso questi depositi fino ad
essere drenate da corpi idrici superficiali, determinando la presenza
sul territorio di sorgenti a carattere lineare (P
etitta
, 2009). Nel set-
tore meridionale del bacino di Rieti, le sorgenti lineari garantiscono
ai corsi d’acqua un carattere perenne e contribuiscono ad un aumen-
to sensibile della portata dei principali tributari della piana reatina:
il Turano, il Salto e il fiume Velino (M
artarelli
et alii, 2008a). I
dati di letteratura considerano il fiume Turano una sorgente line-
are nel tratto da Castel di Tora fino all’altezza, circa, del paese di
Concerviano, con una portata complessiva tra i 0,5 e 1 m³/s ed una
alimentazione dal substrato carbonatico-marnoso della serie sabina
(Boni et alii, 1986; M
artarelli
et alii, 2008a, b).
M
artarelli
et alii (2008a,b) propongono una cartografia speri-
with a discharge that does not exceed some hundreds of L/s. On the
other hand, the carbonate platform domain shows extensive ridges,
separated by low-permeability boundaries, negligible surface runoff
and peripheral springs with stable and very high discharge (b
oni
et
alii, 1986).
The large aquifers hosted in the Mesozoic carbonate rocks
of the Sabina area supply the most abundant springs of Latium;
in particular, the southern area of the Rieti basin extends over
important areas that are rich in groups of springs (c
aPelli
et
alii, 2012). In the north-eastern sector, the numerous springs of
Peschiera, of the San Vittorino plain and groundwater drainage
along the Velino river have a total discharge of nearly 30 m³/s,
base levels of 510 to 405 m above sea level (asl) and a recharge
zone chiefly consisting of the units of the carbonate-platform
complex (b
oni
et alii, 1995; P
etitta
; 2009). Inside the platform-
basin transition complex, at the northern edge of the Rieti ba-
sin, lies the Santa Susanna spring, at an elevation of 390 m; this
spring delivers 5 m³/s in total, representing the baseflow from
the Reatini Mts. Ridge (M
anFredini
, 1972). In the south-western
sector, the Le Capore spring (248 m asl) along the Farfa stream
delivers about 5 m³/s; its recharge zone extends from the western
to the southern Sabini Mts. (c
aPelli
et alii, 1987; M
artarelli
et
alii, 2008a) (Fig. 3).
Extensive deposits of Plio-quaternary age, indicative of a flu-
vial and lacustrine continental environment, fill the intramontane
basin of the Sabina area. These sediments are very heterogeneous
and with variable hydrogeological characteristics; their more per-
meable layers generally host perched aquifers. Near no-discharge
boundaries, the groundwater from these aquifers may emerge,
creating small localised springs with a discharge of few L/s. So
far, the role that these post-orogenic deposits play in carbonate
aquifers has not been investigated in detail. As these aquifers have
lower effective infiltration, they may locally act as permeability
boundaries, producing basal piedmont springs. If they are in hy-
draulic communication with the carbonate aquifer, they may hold
multi-layered aquifers; in this case, groundwater travels towards
these deposits until drained by shallow water bodies, forming lin-
ear springs (P
etitta
, 2009). In the southern sector of the Rieti ba-
sin, linear springs guarantee the perennial character of streams and
significantly increase discharge in the main tributaries of the Rieti
plain: Turano, Salto and Velino (M
artarelli
et alii, 2008a,b). The
literature considers the Turano River as a linear spring in its por-
tion extending from Castel di Tora to near the village of Concervi-
ano, with a total discharge of 0.5 to 1 m³/s and recharge from the
carbonate-marly bedrock of the Sabine series (b
oni
et alii, 1986;
M
artarelli
et alii, 2008a, b).
M
artarelli
et alii (2008a) propose an experimental map of the
Rieti plain and of the Canera stream valley, describing their main
hydrogeological complexes in detail and assessing effective infil-
tration based on the studies conducted by b
oni
et alii (1986, 1995).
background image
INDAGINI IDROGEOLOGICHE PER LA VALUTAZIONE DELLA RISORSA IDRICA
NELLA MEDIA VALLE DEL FIUME TURANO (ITALIA CENTRALE)
34
F. MELLINI & M. PETITTA
Fig. 3 - Stralcio della Carta delle Unità Idrogeologiche del Lazio in scala 1:250000 da (c
aPelli
et alii, 2012). Nel riquadro è indicata l’area di studio. Legenda: a)
sorgente puntuale e relativo numero di riferimento; b) sorgente lineare e relativo numero di riferimento; c) direzione del flusso idrico sotterraneo; d) Unità
idrogeologica C10 dei Monti Sabini meridionali - Prenestini; e) Unità idrogeologica T7 dei Conglomerati Plio-Pleistocenici; f) Unità idrogeologica F3 del
Lago del Salto
- Hydrogeological scheme from the hydrogeological unit map of Latium at 1:250000 scale (C
apelli
et alii, 2012). The box corresponds to the study area.
Legend: a) Spring and ID number; b) Linear spring and ID number; c) Groundwater flow direction; d) Hydrogeological Unit C10 of “Monti Sabini me-
ridionali - Prenestini”; e) Hydrogeological Unit T7 of “Conglomerati Plio-Pleistocene”; f) Hydrogeological Unit F3 of “Lago del Salto”
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HYDROGEOLOGICAL SURVEYS TO ASSESS GROUNDWATER RESOURCES
IN THE MIDDLE VALLEY OF THE TURANO RIVER (CENTRAL ITALY)
35
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2013)
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mentale della piana reatina e della valle del torrente Canera con una
descrizione dettagliata dei principali complessi idrogeologici ed una
valutazione dell’infiltrazione efficace basata sugli studi di b
oni
et alii
(1986, 1995). Gli Autori distinguono in particolare nella media valle
del fiume Turano (Monti Sabini Meridionali):
- Il complesso conglomeratico-sabbioso (Pliocene sup.-Pleistoce-
ne): caratterizzato da depositi tipici di un ambiente da conoide
alluvionale a fluvio-lacustre, da una scarsa permeabilità, tuttavia
variabile data la notevole eterogeneità dei sedimenti che lo carat-
terizzano, e da una infiltrazione efficace inferiore a 200 mm/anno.
- Il complesso marnoso-calcareo (Eocene sup.-Miocene medio):
comprende la Scaglia Cinerea ed il Bisciaro che costituiscono gli
aquiclude degli acquiferi meso-cenozoici ed è dotato di una scarsa
permeabilità e di una infiltrazione efficace inferiore a 200 mm/anno;
- Il complesso calcareo-marnoso (Cretacico medio-Eocene me-
dio): è costituito dalle formazioni delle Marne a Fucoidi (aqui-
clude), Scaglia Bianca e Rossa ed è caratterizzato da una media
permeabilità e da una infiltrazione efficace di 500-600 mm/anno;
- Il complesso calcareo-basale: comprende le formazioni dal Cal-
care Massiccio fino alla Maiolica dove Rosso Ammonitico e Mar-
ne ad Aptici/Diaspri svolgono un limitato ruolo di separazione
idraulica. E’ dotato di una permeabilità elevata e di una infiltra-
zione efficace tra i 600 e 750 mm/anno.
I dati disponibili sulla nuova Carta Idrogeologica della Regione
Lazio (c
aPelli
et alii, 2012) indicano per l’unità dei monti Sabini
Meridionali una infiltrazione efficace media di 500 mm/anno; per
quella dei Monti Sabini Settentrionali 650 mm/anno, con una varia-
zione per i singoli complessi idrogeologici che evidenzia la necessità
di definire il parametro per ciascuna idrostruttura (M
astrorillo
et
alii, 2009). L’andamento delle precipitazioni medie annue tra il 1951
ed il 2004 mostra variazioni da un minimo di 900 della stazione di
Poggio Mirteto, ai 1100 mm della stazione di Rieti, fino a 1500 mm
in quella di Contigliano, con valori massimi nei mesi di novembre-
dicembre e minimi in luglio (M
artarelli
et alii, 2008a, b).
METODOLOGIA
Lo studio si basa sui risultati di quattro campagne di misure,
realizzate in periodo estivo nel 2002 e nel 2013, finalizzate a valu-
tare la portata media e minima delle sorgenti puntuali e lineari che
alimentano il fiume Turano e alla raccolta dei principali parametri
chimico-fisici delle acque, completate da analisi isotopiche dell’ac-
qua in alcuni punti. Sono state eseguite misurazioni su sei sezioni
complessive, cinque delle quali localizzate lungo il corso del fiume
principale (I, II, III, IV, V). La sezione VI è stata ricavata lungo
un affluente destro che confluisce nel Turano tra la sezione I e II
misurando le acque provenienti dalla sorgente Laghetto (Fig. 4).
Le misure sono sempre state effettuate lontano da eventi atmosfe-
rici significativi, di modo che gli incrementi registrati tra sezioni
successive rappresentino una stima quantitativa della portata della
sorgente lineare localizzata lungo il corso del fiume principale e le
In particular, in the Turano river valley (southern Sabini Mts.), the
Authors identify:
- a conglomeratic-sandy complex (upper Pliocene-Pleistocene):
deposits typical of an alluvial fan to a fluvio-lacustrine environ-
ment; permeability is low but variable, given the high heteroge-
neity of sediments; effective infiltration is below 200 mm/yr;
- a marly-calcareous complex (upper Eocene-middle Miocene):
including Scaglia Cinerea and Bisciaro, i.e. the aquicludes of the
Meso-Cenozoic aquifers; permeability is low and effective infil-
tration is below 200 mm/yr;
- a calcareous-marly complex (middle Cretaceous-middle Eocene):
formations of Marne a Fucoidi (aquicludes), Scaglia Bianca and
ScagliaRossa; permeability is average and effective infiltration is
500-600 mm/yr;
- a calcareous-basal complex: including Calcare Massiccio to
Maiolica formations, where the Rosso Ammonitico and Marne
ad Aptici/Diaspri play a minor role of hydraulic separation;
permeability is high and effective infiltration ranges from 600
to 750 mm/yr.
The data of the new Hydrogeological Map of Latium (c
aPelli
et
alii, 2012) indicate 500 mm/yr of effective infiltration for the south-
ern Sabini Mts. unit and 650 mm/yr for the northern Sabini Mts. one;
variations within the individual hydrogeological complexes suggest
the need to define this parameter for each hydrostructure (M
astro
-
rillo
et alii, 2009). Yearly average precipitation from 1951 to 2004
shows variations from a minimum of 900 mm at the Poggio Mirteto
station to 1,100 mm at the Rieti station and of up to 1,500 mm at
the one of Contigliano, with maxima in November-December and
minima in July (M
artarelli
et alii, 2008a, b).
METHODOLOGY
The study is based on the findings from four monitoring surveys,
conducted in the summer period in 2002 and 2013. The surveys were
expected to: i) assess the average and minimum discharge from the
localised and linear springs supplying the Turano river; and ii) collect
data on the main physico-chemical parameters of the waters, support-
ed by isotope analyses of the same waters in some points. Measures
were taken along a total of six sections, five of which located along
the course of the main river (I, II, III, IV, V). Section VI was obtained
along a small left tributary flowing into the Turano River between
section I and section II, by measuring the waters from the Laghetto
spring, lying at the piedmont of Mt. Pelato (Fig. 4). The measures
were always taken in periods far from major weather events, so that
increases recorded between successive sections would give a quantita-
tive estimation of discharge from the linear spring along the course of
background image
INDAGINI IDROGEOLOGICHE PER LA VALUTAZIONE DELLA RISORSA IDRICA
NELLA MEDIA VALLE DEL FIUME TURANO (ITALIA CENTRALE)
36
F. MELLINI & M. PETITTA
quote di affioramento della falda identifichino l’estensione del reti-
colo idrografico perenne (b
oni
et alii, 1993).
Il rilevamento geologico di dettaglio e le informazioni geologico-
strutturali generali dell’area hanno permesso di delineare la possibile ge-
ometria e la relativa estensione del bacino di alimentazione della sorgen-
te Laghetto, comprendente la struttura del Monte Pelato-Monte Sole.
I dati raccolti sono stati interpretati secondo i criteri dell’idrogeolo-
gia quantitativa per ricostruire un modello preliminare di circolazione
idrica sotterranea dove il parametro infiltrazione efficace, ottenuto dal
the main river and that groundwater outcrop elevations would identify
the extent of the perennial hydrographic network (b
oni
et alii, 1993).
The geometry and extent of the basin supplying the Laghetto
spring (including the Mt. Pelato-Mt. Sole structure) were inferred
from detailed geological surveys and general geological-structural
data about the investigated area.
The collected data were interpreted under quantitative hydro-
geology criteria, with a view to reconstructing a preliminary model
of groundwater flow. This model was validated through the effec-
Fig. 4 - Caratteristiche geologiche della media valle del fiume Turano, sezioni e piezometri di monitoraggio. LEGENDA: POD) Calcari e marne a Posidonia; DPO)
Calcari detritici con Posidonia; MAI) Maiolica; FUC) Fucoidi; SCZ1) Scaglia Detritica: Membro calcarenitico-calciruditico; CTN) Scaglia Detritica: cal-
cari cristallini; SCZ2) Scaglia Detritica: Membro calciruditico-calcarenitico; SPT1b) Unità spongolitica: Membro marnoso di Guadagnolo. Per i depositi
continentali neogenici sono indicate le unità deposizionali superiore ed inferiore, rispettivamente: UDS e UDI.B-B’: sezione idrogeologica di Fig. 9. Le
sezioni di misura si riferiscono alla Tabella 1 ed i piezometri alla Fig. 7.Sezione BB’ di Fig. 9 (Modificata da ISPRA, 2013)
- Turano middle valley geological setting, discharge survey location and monitoring piezometers. Formation LEGEND: POD) “Calcari and marne a Posi-
donia”; DPO) “Calcari detritici con Posidonia”; MAI) “Maiolica”; FUC) “Fucoidi”; SCZ1) “Scaglia Detritica: Membro calcarenitico-calciruditico”;
CTN)”Scaglia Detritica: calcari cristallini”; SCZ2) “Scaglia Detritica: Membro calciruditico-calcarenitico”; SPT1b) “Unità spongolitica: Membro
marnoso di Guadagnolo”. Villafranchian continental deposits are divided into upper and lower depositional unit, UDS and UDI. Section B-B’ refers to
Fig. 9. Discharge measurement locations refer to Table 1 and piezometers to Fig. 7.BB’ line refers to Fig. 9 (modified from ISPRA, 2013)
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HYDROGEOLOGICAL SURVEYS TO ASSESS GROUNDWATER RESOURCES
IN THE MIDDLE VALLEY OF THE TURANO RIVER (CENTRAL ITALY)
37
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2013)
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rapporto tra la portata media erogata dalla sorgente Laghetto e la sua
area di alimentazione, è stato utilizzato per la validazione (b
oni
et alii,
1986).Il censimento delle sorgenti è stato accompagnato dalla misura
in situ dei principali parametri chimico-fisici delle acque: la tempera-
tura (°C), il pH e la conducibilità elettrica (µS/cm), eseguiti utilizzando
la sonda multi-parametrica della WTW, modello “Multi 340i”.
L’attività di campagna ha inoltre previsto un monitoraggio della
falda intercettata da tre piezometri dislocati in diversi settori dell’area
meridionale del bacino di Rieti (Fig. 4), a nord-ovest rispetto all’area
di alimentazione della sorgente Laghetto.
Campionamenti per le analisi isotopiche dell’acqua sono stati
eseguiti sulle sezioni I, II, III e VI, sui piezometri P1, P2, P3 e sulla
sorgente La Madonnetta. Le relative analisi sono state eseguite presso
il Laboratorio di Idrologia Isotopica dell’Università di Parma.
RISULTATI
I risultati delle misure di portata in L/s sono sintetizzati in Tab. 1 e
visualizzati in Fig. 5. La scarsità di piogge della stagione estiva e l’as-
senza del rilascio dalla diga di Posticciola, fanno ritenere che la curva
relativa al periodo di luglio 2002 rispecchi l’andamento del flusso di
base lungo il corso del fiume Turano (portata media di 167 L/s). I dati
tive infiltration parameter, given by the ratio of the average discharge
from the Laghetto spring to its recharge zone (b
oni
et alii, 1986). The
survey of springs was associated with in-situ measures of the key
physico-chemical parameters of the waters: temperature (°C), pH and
electrical conductivity (μS/cm); the measures were taken by using the
WTW (Mod. 340i) multiparametric probe. Field activities included
the monitoring of the water table, intercepted by three piezometers
located in different sectors of the southern area of the Rieti basin (Fig.
4), NW of the Laghetto spring recharge zone.
Water samples for isotope analyses were collected from the river
sections I, II, III and VI and from the piezometers P1-P2-P3; a sample
comes from the perched spring La Madonnetta (Fig. 4). The related
analyses were carried out at the “Laboratorio di Idrologia Isotopica”
of the Parma University.
RESULTS
Table 1 and Figure 5 summarise the results of discharge measures
in terms of L/s. Scarce precipitation in the summer period and no re-
leases from the Posticciola dam infer that the curve for the July 2002
period reflects the trend of the base flow along the Turano river (aver-
age discharge: 167 L/s). The data of section VI indicate that discharge
Tab. 1 - Sintesi delle portate misurate in L/s nelle sei sezioni della media valle del Fiume Turano
- Results of discharge surveys in L/s along the six measurement locations of Turano middle valley
Fig. 5 - Andamento delle portate in L/s registrate
nelle cinque sezioni localizzate lungo il cor-
so del Fiume Turano. Durante le misure del
luglio 2002 il rilascio dalla diga di Posticcio-
la era nullo
- Discharge trend in L/s at five measurement
locations along Turano river. Only during
measurements made in July 2002, the river
does not receive water from Posticciola dam
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INDAGINI IDROGEOLOGICHE PER LA VALUTAZIONE DELLA RISORSA IDRICA
NELLA MEDIA VALLE DEL FIUME TURANO (ITALIA CENTRALE)
38
F. MELLINI & M. PETITTA
relativi alla sezione VI mostrano che il regime della sorgente Laghetto
varia stagionalmente, con una portata media di circa 355 L/s e mini-
ma di 54 L/s registrata nel 2002. La Figura 6 mostra le variazioni di
portata tra due sezioni successive lungo il corso del fiume principa-
le. Mediamente i dati raccolti indicano che il fiume Turano nel tratto
compreso tra la sezione I e II subisce un incremento netto di 172 L/s
e tra la sezione II e III di 177 L/s, per una portata totale della sorgente
lineare di circa 350 L/s. La risorsa idrica sotterranea complessiva, con
il contributo della sorgente pedemontana, arriva a circa 700 L/s. Tra
la sezione III e IV si riscontra un decremento medio in alveo di 148
L/s, mentre tra la IV e V un incremento medio di 89 L/s. Negli ultimi
due tratti menzionati i dati indicano che il comportamento del fiume
Turano risulta essere talvolta drenante, talvolta perdente nei confronti
della falda; rispettivamente si osserva un’inversione di tendenza tra gli
andamenti registrati durante le campagne del 2002 e quelle del 2013.
I dati raccolti durante la campagna del luglio 2002 sono maggior-
mente rappresentativi delle caratteristiche chimico-fisiche delle acque
sotterranee emergenti nella media valle del Fiume Turano (Tab. 2).
Queste mostrano un carattere debolmente alcalino, tipico di acque cir-
from the Laghetto spring is seasonally variable: from an average of
roughly 355 L/s to a minimum of 54 L/s in 2002, a year with below-
average precipitation. Figure 6 displays discharge changes between
two successive sections along the course of the main river. On av-
erage, the gathered data indicate that discharge in the Turano River
sharply rises by 172 L/s between section I and section II and by 177
L/s between section II and III, with a total discharge from the linear
spring of about 350 L/s. The overall groundwater resource, together
with the contribution from the piedmont spring, reaches approximate-
ly 700 L/s. In-stream discharge decreases on average by 148 L/s be-
tween section III and IV and increases on average by 89 L/s between
section IV and V. The data obtained for the latter two sections suggest
that the river may alternatively drain or lose groundwater; a reversal
trend was observed in the surveys of 2002 and 2013.
The data gathered in the July 2002 survey are the most repre-
sentative ones of the physico-chemical characteristics of the waters
emerging in the middle Turano river valley (Tab. 2). These waters
are weakly alkaline, which is typical of waters flowing through car-
bonate rocks, but their alkalinity gradually increases downstream.
Tab. 2 - Valori dei principali parametri chimico-fisici delle acque sorgive che alimentano il corso del fiume Turano registrati durante la campagna del luglio 2002,
in assenza di acque di ruscellamento e senza il rilascio della diga di Posticciola
- Main physico-chemical parameter values of groundwater flowing into theTurano river, recorded during July 2002 measurements, withouth run off and
water from Posticciola dam
Fig. 6 - Andamento della portata in L/s del-
la sorgente Laghetto e variazioni di
portata tra sezioni successive lungo
l’alveo del fiume Turano. LEGEN-
DA: 1) portate registrate nella Sez.
VI; 2): variazioni di portata registra-
te tra le Sez. II-I ; 3) variazioni di
portata tra le Sez. III-II; 4) variazioni
di portata tra le Sez. IV-III e 5) varia-
zioni di portata tra le Sez. V-IV
- Discharge trend in L/s for Laghetto
spring and river/groundwater ex-
changes between two measurement
locations along Turano river. LEG-
END: 1) discharge at “Sez. VI”; 2)
discharge inputs between “Sez.II” and
“Sez. I” (without “Sez. VI”); 3) dis-
charge inputs between “Sez.III” and
“Sez. II”; 4) discharge inputs between
“Sez.IV” and “Sez.III”; 5) discharge
inputs between “Sez.V” and “Sez. IV”
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HYDROGEOLOGICAL SURVEYS TO ASSESS GROUNDWATER RESOURCES
IN THE MIDDLE VALLEY OF THE TURANO RIVER (CENTRAL ITALY)
39
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2013)
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The highest values of electrical conductivity are observed between
section I and section III, near the drainage of the linear and local-
ised spring of Laghetto. Figure 7 displays the groundwater level,
continuously monitored via three piezometers from July 2002 to
June 2003 and in 2013. In the middle Turano river valley (P2), the
groundwater level usually remains at lower elevations than those
in the nearby valleys of the Ariana stream (P1) to the W and of the
Salto River (P3) to the E.
Isotopic data confirm the origin of groundwater from rainfall,
showing a correlation line very similar to the Central Italy one
(l
onGinelli
& s
elMo
, 2003). Measured values range from -42.5 to
-50.5 for δD‰ and from -7.92 to -6.65 for δ
18
O‰ (Fig. 8).
colanti in rocce carbonatiche, che aumenta gradualmente verso valle. I
valori di conducibilità elettrica più elevati si osservano tra la sezione I
e III, in corrispondenza del drenaggio delle sorgenti lineare e puntuale
de Laghetto. Il livello della falda, monitorato su tre piezometri con con-
tinuità dal luglio del 2002 fino a giugno del 2003 e nel 2013, è riportato
in Fig. 7. Nella media valle del fiume Turano (P2) questo si mantiene
nel complesso a quote inferiori rispetto ai livelli nelle limitrofe valli
del torrente Ariana (P1) ad ovest e del fiume Salto (P3) ad est. I dati
isotopici confermano un’alimentazione da ricarica meteorica, allinean-
dosi lungo una retta di correlazione simile a quella per l’Italia Centrale
(l
onGinelli
& s
elMo
, 2003). I valori ottenuti sono compresi tra -42.5
e -50.5 δD‰ e tra -7.92 e -6.65 per il δ
18
O‰ (Fig. 8).
Fig. 7 - Andamento del livello di falda in metri sul livello del mare nei tre piezometri dislocati nel settore meridionale del bacino di Rieti (ubicazione in Fig. 4)
- Water table trend in m a.s.l. in monitored piezometers located in the southern Rieti basin (location in Fig. 4)
Fig. 8 - Dati isotopici relativi alle sezioni di misura sul Turano, ai piezometri e alla sorgente locale La Madonnetta (S1). L’ubicazione dei punti di campionamento è
in figura 4. La retta blu rappresenta la linea isotopica relativa all’Italia Centrale secondo l
onGinelli
& s
elMo
, 2003
- Isotope data related to Turano River measurement sites, to piezometers and to the perched spring Madonnetta (S1). Location in Fig. 4. The blue line rep-
resents the Meteoric Line for Central Italy (l
onginelli
& s
elMo
, 2003)
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INDAGINI IDROGEOLOGICHE PER LA VALUTAZIONE DELLA RISORSA IDRICA
NELLA MEDIA VALLE DEL FIUME TURANO (ITALIA CENTRALE)
40
F. MELLINI & M. PETITTA
DISCUSSION
The investigated area lies in a zone of discharge of groundwater
that infiltrates into the southern sector of the Rieti basin and flows
into the Turano River, thanks to the contribution of a piedmont spring
and direct in-stream drainage.
The localised spring of Laghetto may be regarded as the expres-
sion of the local base level of the groundwater contained in the calcar-
eous-basal complex of the Umbria-Sabina bedrock. Considering its
average discharge (355 L/s) and a recharge zone of approximately 16
km², effective infiltration is 600 to 700 mm/yr, a value slightly higher,
but anyway comparable with those reported in the literature for the
Sabine carbonate bedrock (M
artarelli
et alii, 2008a, b). The re-
charge basin corresponds to the Mt. Pelato-Mt. Sole structure, where
the main aquifers belong to the calcareous-basal and calcareous-mar-
ly complexes and include the Maiolica formation and the Scaglia-
Detritica one, respectively. The marly member of the Guadagnolo
formation and the deposits of the conglomeratic-sandy complex rep-
resent the potential no-discharge boundaries of the structure, whereas
the main tectonic lines, e.g. the Pratoianni-Concerviano overthrust,
represent their hydraulic barriers (Fig. 4).
Total discharge ranges between 220 L/s in 2003 and more than
800 L/s recorded in 2013. The variability of discharge from this
spring is likely to be related to changes in seasonal recharge, as testi-
fied by the studies conducted by M
artarelli
et alii (2008b) in the
neighbouring Canera stream valley. It is plausible to assume that the
long-term pattern of precipitation has an impact on effective infiltra-
tion in the spring recharge zone. The minimum discharge (54 L/s) re-
corded in July 2002 corresponds to a year of scarce precipitation and
with a presumably below-average effective precipitation. Conversely,
the high-flow conditions recorded in 2013 imply higher precipitation,
high effective infiltration (definitely above average) and a hydraulic
gradient justifying discharges of more than 600 L/s.
A geological section transversal to the Turano valley and pass-
ing through the Laghetto spring shows the stratigraphic relation-
ships and the hydrogeological setting of the Mt. Pelato area (Fig.
9). This reconstruction infers that the regional groundwater not only
recharges the localised spring, but is also in communication with the
local aquifer contained in the conglomeratic deposits of the UDI.
The absence of localised springs at the direct contact between the
bedrock and the recent deposits, throughout the investigated area,
substantiates the lateral hydraulic continuity existing between these
two aquifers. The interrelations between the Laghetto spring and
linear drainage in the Turano River are such that when the spring
is under low-flow conditions, in-stream drainage between section
I and section II is more significant. Conversely, when the spring
is under high-flow conditions, the in-stream contribution between
these two sections is smaller, reaching a minimum of 42 L/s, when
the spring delivers its peak discharge of 671 L/s.
Physico-chemical data corroborate this hypothesis, taking into
account that electric conductivity in the Turano River between sec-
DISCUSSIONE
L’area studiata si colloca all’interno di una zona di recapito delle
acque sotterranee che si infiltrano nel settore meridionale del bacino
di Rieti e confluiscono nel fiume Turano attraverso il contributo di
una sorgente pedemontana ed un drenaggio diretto in alveo.
La sorgente puntuale Laghetto può essere considerata espressio-
ne del livello di base locale della falda contenuta nei complessi car-
bonatici del substrato umbro-sabino. Considerando la portata media
erogata (355 L/s) e un’area di alimentazione approssimativamente di
16 km² si ottiene una infiltrazione efficace compresa tra 600 e 700
mm/anno, valore leggermente superiore ma comunque confrontabile
con quelli noti in letteratura relativi al substrato carbonatico sabino
(M
artarelli
et alii, 2008a, b). Il bacino di alimentazione corrispon-
derebbe alla struttura del Monte Pelato-Monte Sole, dove i principali
acquiferi appartengono al complesso calcareo-basale e calcareo-mar-
noso e comprendono rispettivamente la formazione della Maiolica
e della Scaglia Detritica. Il Membro marnoso della Formazione di
Guadagnolo ed i depositi appartenenti al complesso conglomeratico-
sabbioso rappresentano i potenziali limiti a flusso nullo della struttura
e le principali linee tettoniche, quale il sovrascorrimento Pratoianni-
Concerviano, ne costituiscono le barriere idrauliche (Fig. 4).
Le portate in gioco complessivamente variano tra i circa 220 L/s
del 2003 fino agli oltre 800 L/s osservati nel 2013. La variabilità os-
servata nel regime di portata della sorgente è verosimilmente legata
alla variazione della ricarica stagionale, come testimoniano gli studi
di M
artarelli
et alii (2008) condotti nella vicina valle del torrente
Canera, ed è plausibile ritenere che l’andamento delle precipitazio-
ni a scala pluriennale condizioni l’infiltrazione efficace nell’area di
alimentazione della sorgente. La portata minima (54 L/s) registrata
nel mese di luglio del 2002 coincide con un’annata caratterizzata da
scarse precipitazioni e con una infiltrazione efficace presumibilmente
più bassa rispetto alla media. Nel 2013, quando la sorgente è a pieno
regime, si ipotizzano maggiori precipitazioni, elevata infiltrazione ef-
ficace decisamente superiore alla media ed un gradiente idraulico tale
da giustificare portate anche superiori ai 600 L/s.
Un profilo geologico trasversale alla valle del Turano passante
per la sorgente Laghetto, mostra i rapporti stratigrafici e l’assetto
idrogeologico dell’area del Monte Pelato (Fig. 9). Da questa rico-
struzione emerge che la falda regionale oltre ad alimentare la sor-
gente è in relazione con l’acquifero locale contenuto nei deposi-
ti conglomeratici; la mancanza di emergenze puntuali al contatto
diretto tra il substrato e i depositi recenti su tutta l’area indagata
conferma la continuità idraulica laterale tra questi due acquiferi. Le
interrelazioni tra la sorgente Laghetto ed il drenaggio lineare lun-
go il Turano sono tali che quando la sorgente è in fase di magra,
il drenaggio in alveo tra la sezione I e II è più ingente; quando al
contrario la sorgente è a pieno regime, il contributo tra queste due
sezioni è inferiore, raggiungendo il valore minimo (42 L/s) quando
la sorgente eroga la portata massima di 671 L/s. I dati chimico fisici
confortano questa ipotesi, in quanto il pH e la conducibilità elettrica
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HYDROGEOLOGICAL SURVEYS TO ASSESS GROUNDWATER RESOURCES
IN THE MIDDLE VALLEY OF THE TURANO RIVER (CENTRAL ITALY)
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2013)
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tion I and III is very similar to the one measured on section VI,
the outlet of the Laghetto spring. Additional confirmation comes
from isotopic data, highlighting a recharge area of the Laghetto
spring having relative higher elevation than the rest of the sam-
pled groundwater. Along the Turano River, the isotopic data con-
verge to the same values of the Laghetto spring, confirming that
the streambed spring has the same recharge area than the Laghetto
spring. The perched spring Madonnetta shows isotopic values less
negative than the Laghetto spring and the Turano River streambed
spring, indirectly confirming the existence of a recharge area for
the bigger spring having higher elevation, corresponding to the one
of the carbonate ridge Pelato Mt.-Sole Mt.
In the two years of observation, 2002 and 2013, hydrological con-
ditions were completely different in terms of both recharge of Apen-
nine aquifers, with a multi-year minimum observed between 2002
and 2003 (P
etitta
, 2009), and releases from the Posticciola dam (with
peak values in 2013). Hence, two different modes of recharge may
be hypothesised for the Laghetto spring and the corresponding linear
spring, albeit supplied from the same recharge zones. In low-flow
years and periods - with the groundwater level at lower elevations
and with lower hydraulic gradients - in-stream drainage is dominant
and the localised spring has minimum discharge values. By con-
trast, when the saturation level in the basal carbonate aquifer rises,
the structural conditions for recharge of the Laghetto spring induce a
higher discharge, probably as a result of preferential pathways con-
nected with fracturing and the consequent transfer of smaller amounts
of water towards continental deposits and the river.
The occurrence of the linear spring between section I and sec-
tion III unquestionably indicates that the Turano River is the ultimate
zone of discharge of groundwater moving from the carbonate aquifer
towards Neogene continental deposits (UDI and alluvia). Between
section I and section II, the average discharge of groundwater from
the carbonate aquifer totals 527 L/s on average. To be justified, this
value would require a zone much wider (25-40 km²) than 16 km², tak-
ing into account the expected effective infiltration (500-650 mm/yr).
Also, the extent of drainage (177 L/s) between section II and section
nella sez. VI, emissario della sorgente, e nel tratto tra le sezioni I e
III risultano del tutto simili. Ulteriore conferma viene dai dati iso-
topici da cui emerge inoltre un’area di alimentazione localizzata a
quote medie più elevate per la sorgente Laghetto (sez. VI) rispetto
alle altre acque sotterranee campionate. Lungo il Turano i valori
isotopici cambiano in corrispondenza dell’incremento in alveo tra la
sezione I e III, confermando una zona di alimentazione comune per
la sorgente puntuale e lineare. La sorgente La Madonnetta, connessa
ad una falda sospesa, presenta valori meno negativi dei due isoto-
pi, confermando indirettamente un bacino di alimentazione per la
sorgente Laghetto a quote medie più alte, corrispondente al rilievo
carbonatico del Monte Pelato-Monte Sole.
Nei due anni rispettivi di osservazione, il 2002 e il 2013, le con-
dizioni idrogeologiche sono state completamente differenti, sia dal
punto di vista della ricarica degli acquiferi appenninici, con minimo
pluriennale riscontrato tra il 2002 ed il 2003 (P
etitta
, 2009), che
dell’entità del rilascio della diga di Posticciola, avente valori mas-
simi nel 2013. Si possono quindi ipotizzare due modalità differenti
di alimentazione della sorgente Laghetto e della corrispondente sor-
gente lineare, pur alimentate dalle medesime aree di alimentazione.
Negli anni e nei periodi di magra, con stazionamento della falda a
quote più basse e con gradienti idraulici inferiori, viene privilegiato
il drenaggio in alveo e la sorgente puntuale presenta deflussi mini-
mi; viceversa, quando la quota di saturazione nell’acquifero car-
bonatico basale aumenta, le condizioni strutturali di alimentazione
della sorgente Laghetto consentono un deflusso maggiore, probabil-
mente per la presenza di direttrici preferenziali connesse con la frat-
turazione, con conseguente minore travaso idrico verso i depositi
continentali e quindi verso l’alimentazione fluviale.
La presenza della sorgente lineare tra la sezione I e III indica che
il recapito finale delle acque sotterranee, che dall’acquifero carbonati-
co travasano verso i depositi continentali neogenici (UDI e alluvioni),
è rappresentato dal fiume Turano. Nel tratto tra la sezione I e II la
portata media della risorsa idrica sotterranea proveniente dall’acqui-
fero carbonatico è complessivamente 527 L/s, dato che per essere
giustificato necessiterebbe di un’area di alimentazione ben più estesa
Fig. 9 - Sezione idrogeologica semplificata trasversale alla media valle del fiume Turano, passante per la sorgente Laghetto (BB’ in Fig. 4)
- Hydrogeological section crossing the middle valley of Turano river at Laghetto spring (BB’ in Fig.4)
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INDAGINI IDROGEOLOGICHE PER LA VALUTAZIONE DELLA RISORSA IDRICA
NELLA MEDIA VALLE DEL FIUME TURANO (ITALIA CENTRALE)
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F. MELLINI & M. PETITTA
III points to a recharge zone wider than the ScagliaDetritica outcrops
occurring in this portion of the river. Hence, it is plausible to assume
that the basal aquifer of the Maiolica complex and the one of the
tectonically downthrown Scaglia Detritica are in hydraulic continuity
and laterally recharged from zones much wider than the bedrock out-
crops near the spring. Based on the above assumption, the correlation
of the data of the linear spring with those from piezometer P2 (close
to the Turano River and thus representing the base level) suggests
that groundwater has a minimum hydraulic gradient towards the Rieti
Plain and is intercepted by the river. This fact causes a new in-stream
drainage (89 L/s) in the terminal reach of the river, near its confluence
with the Ariana stream.
Isotopic data from piezometers give a confirmation that the
Turano Valley represents the lowest local drainage system, taking into
account that P2 shows isotopic values less negative respect with the
other piezometers; it means that also the groundwater from the recent
deposits is drained by the Turano River along the valley.
CONCLUSIONS
The study conducted between 2002 and 2013 quantified the re-
newable groundwater resource emerging in the middle Turano River
valley, proposing a preliminary conceptual model of groundwater
flow based on quantitative hydrogeology. The Laghetto spring con-
tributes to the main river with an average discharge of 355 L/s and,
under low-flow conditions, with a minimum recorded discharge of
54 L/s; however, discharge is highly variable over the years, sup-
posedly depending on changes in infiltration but also on local geo-
logical-structural conditions. Under the proposed model, this spring
delivers groundwater from the calcareous-basal complex, which may
be in stratigraphic hydraulic continuity with the aquifer of Scaglia-
Detritica, corresponding to the Mt. Pelato-Mt. Sole structure. Effec-
tive infiltration, calculated considering a recharge zone of 16 km²,
is consistent with the estimations made by the Authors for the main
hydrogeological complexes of the Sabina area (b
oni
et alii, 1986;
M
artarelli
et alii, 2008a,b). Nevertheless, the local hydrogeological
setting and isotopic data also show a likely direct relationship be-
tween groundwater from the carbonate aquifer and the one contained
in recent deposits; in this sector, the latter deposits do not hinder
groundwater flow towards the Laghetto spring and the river. The
Turano river drains the regional groundwater at an elevation of 416
to 406 m asl, near the Laghetto spring, with an average discharge of
roughly 350 L/s, for a total groundwater contribution of about 700
L/s. An additional drainage of about 90 L/s, related to river discharge
decreases recorded upstream, is present also in a second short portion
of the river near its confluence with the Ariana stream at an elevation
of 401 to 398 m a.s.l. The variability of discharge from the linear
spring is opposite to the one of the Laghetto spring. That leads to
a conceptual model of groundwater flow in which, under low-flow
conditions, drainage by the Turano River is dominant and, otherwise,
under higher-recharge conditions, groundwater flow is more intense
di 16 km² (tra 25 e 40 km²) rispetto ai valori di infiltrazione efficace
attesi (500-650 mm/anno). Anche l’entità del drenaggio tra la sezio-
ne II e III (177 L/s) indica un’area di alimentazione più estesa degli
affioramenti di Scaglia Detritica presenti in questo tratto fluviale. E’
possibile che tra l’acquifero basale contenuto nel complesso della
Maiolica (alto strutturale) e in quello della Scaglia Detritica tettoni-
camente ribassata esista una continuità ed una alimentazione laterale.
In questa ottica, correlando i dati della sorgente lineare al piezometro
P2, si osserva una falda con un gradiente idraulico minimo diretto
verso la piana di Rieti, a luoghi intercettata dall’incisione fluviale che
determina, nel tratto prossimo alla confluenza con il Fosso dell’Aria-
na, un nuovo drenaggio in alveo (89 L/s).
I dati isotopici relativi ai piezometri confermano che la valle del
Turano rappresenta il settore più depresso in quanto il piezometro P2
mostra valori meno negativi rispetto agli altri due piezometri. Ne con-
segue che anche la falda contenuta nei depositi detritici viene drenata
lungo la valle dall’incisione fluviale.
CONCLUSIONI
Lo studio, condotto tra il 2002 ed il 2013, ha permesso di quan-
tificare la risorsa idrica rinnovabile emergente nella media valle del
fiume Turano e di elaborare un modello concettuale di circolazione
idrica sotterranea basato sui criteri dell’idrogeologia quantitativa. La
sorgente Laghetto contribuisce ad alimentare il fiume principale con
una portata media di 355 L/s ed in condizioni di magra con una portata
minima registrata di 54 L/s, presentando una notevole variabilità plu-
riennale, in funzione dell’entità della ricarica ma anche connessa alle
condizioni geologico-strutturali locali. Secondo il modello proposto,
si tratta di una emergenza della falda contenuta nel complesso calca-
reo-basale in possibile continuità idraulica stratigrafica con l’acquife-
ro contenuto nella Scaglia Detritica, corrispondente alla struttura del
Monte Pelato-Monte Sole. L’infiltrazione efficace calcolata conside-
rando un’area di ricarica di 16 km² è compatibile con le stime proposte
dagli Autori per i principali complessi idrogeologici dell’area sabina
(b
oni
et alii, 1986; M
artarelli
et alii, 2008a, b). L’assetto idrogeolo-
gico locale e i dati isotopici mostrano anche una diretta relazione tra la
falda dell’acquifero carbonatico e quella contenuta nei depositi conti-
nentali neogenici che, in questo settore, non ostacolano la circolazione
idrica sotterranea verso la sorgente Laghetto e verso il corso d’acqua.
Il fiume Turano drena la falda regionale da quota 416 m fino a 406 m
s.l.m. con una portata media di circa 350 L/s, portando il contributo
medio di acque sotterranee provenienti da questo settore a circa 700
L/s. Un ulteriore drenaggio è presente anche in un breve tratto prossi-
mo alla confluenza con il fosso dell’Ariana tra quota 401 m e 398 m
s.l.m. dove l’incremento medio è di circa 90 L/s, correlato a perdite
in alveo dello stesso ordine di grandezza nel tratto afferente subito a
monte del fiume Turano. La variabilità della portata della sorgente li-
neare ha andamento opposto rispetto a quella della sorgente Laghetto,
portando ad un modello concettuale della circolazione idrica che vede
prevalere il drenaggio più intenso verso la sorgente Laghetto in con-
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HYDROGEOLOGICAL SURVEYS TO ASSESS GROUNDWATER RESOURCES
IN THE MIDDLE VALLEY OF THE TURANO RIVER (CENTRAL ITALY)
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2013)
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towards the Laghetto spring, thanks probably to preferential drainage
by the fracture network of the bedrock.
To justify the total discharge of about 700 L/s is necessary to
consider a recharge basin likely extended well beyond the investi-
gated area, since the extent of carbonate outcrops does not justify
the increases in overall average discharge that are recorded in rainy
periods (2013). The isotopic value of the Laghetto spring and of the
corresponding streambed spring corroborate this hyphotesis, corre-
sponding to the higher isotopic recharge elevation of the entire basin.
Finally, can be asserted that the Turano River represents the baseflow
level of groundwater flow at a wider scale, in the regional frame-
work of the bigger springs Le Capore at SW and Peschiera at ENE, as
stated by piezometric and isotopic data collected during the surveys.
dizioni di maggiore alimentazione, grazie probabilmente al drenaggio
preferenziale da parte del substrato fratturato.
Per giustificare la portata complessiva è necessario considerare
un bacino di alimentazione al di fuori dell’area oggetto di studio,
in quanto l’estensione degli affioramenti carbonatici non giustifica
gli incrementi di portata media totale registrata nei periodi piovosi
(2013). I valori isotopici della sorgente Laghetto e del corrisponden-
te drenaggio in alveo confermano questa ipotesi, essendo i più bassi
dell’intera area di studio. Di conseguenza il fiume Turano funge da li-
vello generale di base della circolazione idrica sotterranea a scala più
estesa, nel settore compreso tra le grandi sorgenti di Le Capore e del
Peschiera a ENE, come confermato dai dati piezometrici ed isotopici
raccolti durante il monitoraggio.
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