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ijege-11_01-amanti-et-alii.pdf

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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2011)
© Casa Editrice Università La Sapienza
www.ijege.uniroma1.it
DOI: 10.4408/IJEGE.2011-01.O-03
m
arco
AMANTI,
g
iovanni
CONTE, m
aurizio
MARINO, l
ucio
MARTARELLI, g
ennaro
m
aria
MONTI,
g
uido
MOTTERAN, p
aolo
PERINI & a
ngelantonio
SILVI
ISPRA - Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale - Dipartimento Difesa del Suolo/Servizio Geologico d’Italia
Via Curtatone, 3 - 00185 Roma - Tel. +390650074516 - E-mail: giovanni.conte@isprambiente.it
CARATTERISTICHE IDROGEOLOGICHE DELLE SORGENTI D’ALTA QUOTA
DELLA IDROSTRUTTURA DI MONTE CAMBIO (RIETI, ITALIA) ED INFLUENZA
DEI PROCESSI METEO-CLIMATICI LOCALI SULLE PORTATE SORGIvE
HYDROGEOLOGICAL FEATURES OF HIGH-ALTITUDE SPRINGS
OF THE CAMBIO MT. HYDROSTRUCTURE (RIETI, ITALY)
AND LOCAL METEO-CLIMATIC EFFECTS ON THEIR DISCHARGE PROCESSES
RIASSUNTO
Sono state studiate le caratteristiche idrostrutturali di una porzio-
ne del sistema acquifero di Monte Cambio (Monti Reatini orientali)
ed idrodinamiche di sorgenti sospese perenni di cui è disponibile la
serie storica delle portate.
Le litologie affioranti sono riferibili alla Successione Umbro-Mar-
chigiano-Sabina (sedimenti di bacino pelagico prevalentemente fini e
ben stratificati) cui si intercalano potenti afflussi detritici. La struttura
ha assetto sinforme, con ondulazioni, pieghe e faglie distensive mi-
nori. Faglie normali di maggiore importanza delimitano l’acquifero,
ospitato nei terreni delle formazioni comprese tra Corniola e Maiolica,
e portano tale successione a contatto con il Calcare Massiccio.
È stato effettuato un tentativo di calcolo di bilancio dell’idrostruttura,
riscontrando un’eccedenza di aliquota destinata all’infiltrazione efficace
di 600-750 mm/a (40-50 l/s di risorsa idrica), verosimilmente recapitata
nell’acquifero regionale basale e/o verso altri sistemi acquiferi limitrofi.
Le analisi delle serie temporali di parametri climatici quali gli
apporti meteorici (pioggia e neve) e la temperatura atmosferica, sono
risultate utili sia per la comprensione della dinamica dei processi at-
mosferici pluriennali ed infrannuali, in relazione al loro effetto sul
flusso sorgivo, sia come contributo all’indagine di caratterizzazione
idrostrutturale del bacino di alimentazione delle sorgenti.
In particolare è stata testata la significatività statistica di una ten-
denza di lungo periodo, negativa per le piogge e positiva per la tem-
peratura dagli anni ’50 al 2006.
Applicando la formula empirica di Thornthwaite alla serie storica
della temperatura sono stati ricavati e confrontati due modelli mensili
di evapotraspirazione potenziale, uno dell’inizio e l’altro della fine
della serie. E’ stato inoltre stimato il ritardo del segnale della risposta
sorgiva agli eventi pluviometrici e l’effetto memoria del sistema idro-
dinamico locale. Tali risultati sono stati valutati avendo come riferi-
mento i dati di letteratura riguardanti altre sorgenti.
E’ stata inoltre effettuata la correlazione incrociata tra le registra-
zioni della portata di alcune sorgenti sospese dell’idrostruttura di Monte
Cambio e di quella basale di S.Angelo (idrostruttura di M. Terminillo)
al fine di evidenziare eventuali sfasamenti nella risposta al medesimo
evento pluviometrico, indicativi di differenti situazioni idrostrutturali.
Infine, dai dati disponibili sono stati ricavati i coefficienti di esau-
ABSTRACT
This work is aimed at the hydrostructural characterisation of a
portion of the Mt. Cambio aquifer system (eastern Reatini Moun-
tains) and the hydrodynamic study of perennial suspended springs for
which time series data on discharge are available.
The outcropping lithotypes belong to the Umbro-Marchigiano-
Sabina Succession (pelagic basin sediments, mainly fine-grained
and well-stratified), interfingered with detritic flows. A synform
structure was identified, including associated undulations, minor
folds and normal faults. More important normal faults delimit
the aquifer, hosted in a succession ranging from the Corniola to
Maiolica Formations, placing this succession in contact with the
Calcare Massiccio Formation.
An attempt was made to calculate the hydrogeological budget
for the hydrostructure, detecting an effective infiltration surplus of
600-750 mm/yr (40-50 l/s of groundwater resource). This resource is
probably directed towards the regional basal aquifer and/or towards
other adjoining aquifer systems.
Taking into account the Thornthwaite empirical formula and
considering the temperature time series, two distinct models (re-
ferred to both the first and the last years of the series) for the
monthly potential evapotranspiration were obtained and com-
pared. Furthermore, both the time lag from the precipitation
events to the corresponding increasing of the spring flow and the
memory effect of the local hydrodynamic system were estimated.
These results were also compared with the literature information
regarding other significant springs.
The cross-correlation analysis among the flow time series of
some perched springs of the Mt. Cambio hydrostructure and of the
basal spring of S. Angelo (Mt. Terminillo hydrostructure) has been
conducted in order to evidence possible differences among their feed-
back time to a same pluviometric event, likely reflecting the different
hydrostructural settings.
The recession coefficients of some springs of the Monte Cambio
hydrostructure have also been calculated.
The obtained information allowed us to describe the geologi-
cal and hydrostructural features of the M. Cambio aquifer in the
frame of the calcareous-marly Meso-Cenozoic succession of the
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CARATTERISTICHE IDROGEOLOGICHE DELLE SORGENTI D’ALTA QUOTA DELLA IDROSTRUTTURA DI MONTE CAMBIO (RIETI, ITALIA)
ED INFLUENZA DEI PROCESSI METEO-CLIMATICI LOCALI SULLE PORTATE SORGIvE
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M. AMANTI, G. CONTE, M. MARINO, L. MARTARELLI, G. M. MONTI, G. MOTTERAN, P. PERINI & A. SILVI
Umbro-Marchean-Sabino Apennines, also considering the results
derived from the study of both the spring flow time series at dif-
ferent time scales and the correlated local climatic evolutionary
processes.
k
ey
wordS
: geological survey, hydrogeology, meteo-climatic processes,
analysis of time series, Monte di Cambio, Rieti, Lazio
INTRODUCTION
The study area, situated in the eastern sector of the Reatini Mountains,
between the east slope of Monte Terminillo, the south side of Monte di
Cambio (Mt. Cambio) and the deep incision of the Scura Valley, is char-
acterised by a high number of perennial high-altitude perched springs.
Since the 1950s, some of these springs, although of modest discharge,
have provided a significant contribution to the local water system.
The object of the present work is the study of both the hydrostruc-
tural and hydrodynamic characteristics of a portion of the Mt. Cambio
aquifer system, using information derived from geological surveys
and from time series data on spring discharge and local precipita-
tion. The study leads to a characterisation of the aquifer system cover-
ing an area including the mountain formations from the west side of
Monte Terminillo to the Velino River valley.
The springs of the Mt. Cambio hydrostructure, though they have
moderate hydraulic discharge and relatively short underground path-
ways, are however interesting as they, representing perched and high-
altitude springs, display a shorter and more direct (i.e. less influenced
from hydrostructural effects) feedback to the meteoric events with
respect to other springs sited at basal levels of the local relief. Never-
theless, the availability of both daily spring flow registrations and long
and continuous time series of rainfall, snowfall and atmospheric tem-
perature from a meteorological monitoring station located near and at
about the same elevation of the recharge area of the springs, represents
a favourable and singular situation for this Apennine sector.
This work has been made possible thanks to the assistance of
the Acquedotto Reatino, which provided documentation on discharge
from the Cavalli and Porcini 1 and 2 springs, which are under its man-
agement, and useful suggestions for interpretation of the data, also
permitting the geological survey within the intake site. The Servizio
Idrografico of the Lazio Region provided time series data on atmos-
pheric precipitation from 7 gauges in the study area, including some
equipped for the measurement of snow depth.
MAIN GEOLOGICAL FEATURES
REGIONAL GEOLOGICAL SETTING
The study area (Fig. 1) falls within the regional structural
unit of the Sibillini Mountains, which is separated from the Gran
Sasso-Cittareale structural Unit to the southeast by the Olevano-
rimento delle curve di alcune sorgenti di M.Cambio.
Il presente studio ha permesso di inserire nel quadro litostratigra-
fico ed idrostrutturale dell’area di Monte Cambio, tipico delle suc-
cessioni calcareo-marnose meso-cenozoiche dell’Appennino Umbro-
Marchigiano-Sabino, i principali fattori condizionanti la dinamica
delle falde idriche scaturiti dall’analisi delle serie storiche di portata
sorgiva e dei processi evolutivi meteoclimatici locali.
t
ermini
cHiave
: rilevamento geologico, idrogeologia, processi meteo-climati-
ci, analisi di serie temporali, Monte Cambio, Rieti, Lazio
INTRODUZIONE
L’area in esame, ubicata nel settore orientale dei Monti Reatini,
tra il versante orientale del Monte Terminillo, quello meridionale del
Monte Cambio e la profonda incisione di Valle Scura, è caratterizzata
da un elevato numero di sorgenti perenni sospese di alta quota, alcune
delle quali, pur avendo portate modeste, forniscono sin dagli anni ‘50
un contributo non trascurabile al sistema acquedottistico locale.
Oggetto del presente lavoro è lo studio congiunto delle caratte-
ristiche idrostrutturali di una porzione dell’acquifero di M. Cambio,
mediante l’uso di informazioni desunte dal rilevamento geologico e
di alcune caratteristiche idrodinamiche ricavate dalle serie storiche
delle portate sorgive e delle precipitazioni atmosferiche locali.
Le sorgenti della struttura idrogeologica di M.Cambio, malgrado
producano volumi idrici modesti, con circuiti sotterranei di limitato
sviluppo, risultano di particolare interesse, in quanto, essendo so-
spese ed ubicate in alta quota, rispondono agli apporti meteorici in
modo più diretto e meno “filtrato” da fattori idrostrutturali rispetto
alle sorgenti ubicate alla base dei rilievi. Pertanto, la disponibilità di
registrazioni di portata sorgiva giornaliera e di serie storiche continue
e di lungo periodo di pioggia, neve e temperatura atmosferica di una
stazione meteorologica posta nelle vicinanze e circa alla stessa quota
dell’area di alimentazione delle sorgenti, costituisce una circostanza
favorevole e singolare nell’ambito delle sorgenti appenniniche.
Questo lavoro è stato reso possibile grazie alla collaborazione
dell’Acquedotto Reatino che, oltre a mettere a disposizione le regi-
strazioni della portata delle sorgenti di Porcini 1 e 2 e di Cavalli,
attualmente in loro gestione, ha fornito varie indicazioni tecniche utili
per l’interpretazione dei dati e ha permesso l’esame diretto della si-
tuazione geologica all’interno delle opere di presa.
Il Servizio Idrografico della Regione Lazio, da parte sua, ha for-
nito i dati delle serie temporali delle precipitazioni atmosferiche delle
stazioni pluviometriche nell’area di interesse, di cui alcune attrezzate
per la misura del manto nevoso.
PRINCIPALI ASPETTI GEOLOGICI
INQUADRAMENTO GEOLOGICO REGIONALE
L’area in studio (Fig. 1) appartiene all’unità strutturale dei Monti
Sibillini, separata a sud-est dall’unità strutturale Gran Sasso-Cittare-
ale tramite la linea di sovrascorrimento Olevano-Antrodoco-Posta-
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HYDROGEOLOGICAL FEATURES OF HIGH-ALTITUDE SPRINGS OF THE CAMBIO MT. HYDROSTRUCTURE (RIETI, ITALY)
AND LOCAL METEO-CLIMATIC EFFECTS ON THEIR DISCHARGE PROCESSES
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2011)
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Monti Sibillini (direzione media N10-20°, in quest’area), che è parte
della linea tettonica regionale Ancona-Anzio degli Autori (e.g.: o
gni
-
ben
, 1969; d
allan
n
ardi
et alii, 1971; p
arotto
& p
raturlon
, 1975;
c
aStellarin
et alii, 1978).
L’unità strutturale dei Monti Sibillini è caratterizzata da un al-
lineamento di rilievi con direzione N-S e morfologia netta che rag-
giungono quote superiori a 2000 m s.l.m. Le unità affioranti vanno
dalla formazione del Calcare Massiccio (Giurassico inferiore p.p.)
alle Marne con Cerrogna (Miocene p.p.) della Successione Umbro-
Marchigiano-Sabina e al complesso marnoso-arenaceo neogenico di
copertura, e corrispondono a facies deposizionali di piattaforma car-
bonatica, di scarpata e di bacino (e.g.: b
igi
et alii, 1991; p
iana
, 1995
d
eiana
et alii, 1995; p
ierantoni
et alii, 2005).
L’unità strutturale del Gran Sasso-Cittareale si estende lungo la
direttrice appenninica (NW-SE), con quote che raggiungono circa i
1500 m s.l.m. in corrispondenza del settore nord-orientale della ca-
tena del Gran Sasso-Monte San Franco. Nel settore settentrionale di
quest’area, al tetto della successione anzidetta, affiorano i sedimenti
torbiditici pre-evaporitici della Formazione della Laga (Miocene su-
periore p.p.) (e.g.: g
HiSetti
& v
ezzani
, 1988; c
apotorti
et alii, 1991;
c
entamore
et alii, 1991; p
iana
, 1995).
ASSETTO GEOLITOLOGICO E STRUTTURALE
Le litologie affioranti nell’area (Fig. 2) sono quelle riferibili pro-
priamente alla Successione Sabina (sensu p
arotto
& p
raturlon
,
1975), caratterizzate da sedimenti di bacino pelagico, prevalentemen-
te fini e ben stratificati, cui si intercalano potenti afflussi detritici in
Antrodoco-Posta-Mt.Sibillini overthrust alignment (average trend
N10-20°, in this area), which is part of the Ancona-Anzio regional
tectonic alignment, as described in the literature (e.g.: o
gniben
,
1969; d
allan
n
ardi
et alii, 1971; p
arotto
& p
raturlon
, 1975;
c
aStellarin
et alii, 1978).
The Sibillini Mts. structural unit is characterised by N-S trending
reliefs with sharp morphologies and elevations reaching over 2,000
m a.s.l. Outcropping formations span from the Calcare Massiccio
(Lower Jurassic p.p.) to the Marne con Cerrogna (Miocene p.p.) of
the Umbro-Marchigiano-Sabina Succession and its marly-arenaceous
Neogenic cover, and are characterized by carbonatic platform pass-
ing to slope and marine basin environment deposits (e.g.: b
igi
et alii,
1991; p
iana
, 1995; d
eiana
et alii, 1995; p
ierantoni
et alii, 2005).
The Gran Sasso-Cittareale domain defines a long relief show-
ing an Apenninic trend (NW-SE), with elevations reaching about
1500 m a.s.l. and constituting the north-westernmost sector of the
Gran Sasso-Mt. San Franco chain; the northern sector of this area
shows outcrops of pre-evaporitic terrigenous turbiditic deposits of
the Laga Formation (Upper Miocene p.p.), on top of the previously
defined succession. (e.g.: g
HiSetti
& v
ezzani
, 1988; c
apotorti
et
alii, 1991; c
entamore
et alii, 1991; p
iana
, 1995).
GEOLITHOLOGICAL AND STRUCTURAL CHARACTERISTICS
The lithotype outcropping in the area (Fig. 2) are part of the
Sabina Succession (sensu p
arotto
& p
raturlon
, 1975), charac-
terised by pelagic basin sediments, generally fine and well strati-
fied, intercalated with massive canalized detritic flows. The aqui-
Fig. 1 - Carta d’inquadramento
regionale geografico e
strutturale dell’area di
studio (nel riquadro la lo-
calizzazione dell’area nel
contesto nazionale)
- Geographical and struc-
tural sketch map at regio-
nal scale of the study area
(inset shows context in
Italy)
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CARATTERISTICHE IDROGEOLOGICHE DELLE SORGENTI D’ALTA QUOTA DELLA IDROSTRUTTURA DI MONTE CAMBIO (RIETI, ITALIA)
ED INFLUENZA DEI PROCESSI METEO-CLIMATICI LOCALI SULLE PORTATE SORGIvE
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M. AMANTI, G. CONTE, M. MARINO, L. MARTARELLI, G. M. MONTI, G. MOTTERAN, P. PERINI & A. SILVI
assetto massivo e canalizzato. L’acquifero interessa una successione
sedimentaria stratificata calcareo-silico-marnosa ed a luoghi argillo-
sa, in cui si riconoscono, dalla base verso l’alto:
- calcari massivi biancastri, fratturati e debolmente carsificati (Cal-
care Massiccio; Hettangiano-Pliensbachiano inferiore p.p.);
- calcari micritici in strati decimetrici con liste e noduli di selce
e intercalazioni di calcari bioclastici in strati spessi e banchi
(Corniola, Sinemuriano p.p.-Pliensbachiano, di cui affiora solo
la parte sommitale);
- alternanza di argille giallastre-verdognole (prevalenti nel-
la parte inferiore), calcari marnosi e calcareniti tipicamente
arancioni anche oolitiche (Marne del Monte Serrone, spessore
circa 80 m; Toarciano p.p.);
- calcari micritici biancastri con rare liste di selce (Calcari e
Marne a Posidonia, spessore circa 200 m) caratterizzati da
intercalazioni detritiche lentiformi plurimetriche (Toarciano
superiore p.p.- Bajociano inferiore);
- fitte alternanze di sottili livelli diasprigni varicolori e calcari bio-
detritici (Calcari Diasprigni, spessore circa 70 m; Bajociano infe-
riore p.p.-Titoniano inferiore);
- calcari micritici bianchi regolarmente stratificati con liste e
fer is hosted in a stratified calcareous-siliceous-marly sedimentary
succession with argillaceous zones, in which the following strata
are seen, from lowest upwards:
- fractured and weakly karstified whitish massive limestones (Cal-
care Massiccio; Hettangian-Lower Pliensbachian p.p.);
- micritic limestones in decimetric strata with chert nodules and
flattened nodules, thick intercalated strata and banks of bioclastic
limestones (Corniola, Sinemurian p.p.-Pliensbachian, of which
only the top of the formation outcrops);
- alternating yellowish-greenish clay (prevalent at lower levels),
marly limestone and calcarenite, sometimes oolitic, usually
orange in colour (Marne del Monte Serrone, thickness ca. 80
m; Toarcian p.p.);
- whitish micritic limestones with rare flattened chert nodules
(Calcari e Marne a Posidonia, thickness ca. 200 m), charac-
terised by plurimetric lenticular detritic intercalations (Upper
Toarcian p.p.- Lower Bajocian p.p.);
- thick alternating strata of thin varicoloured jasper levels and bio-
detritic limestones (Calcari Diasprigni, thickness ca. 70 m; Lower
Bajocian p.p.-Lower Titonian p.p.);
- regularly stratified white micritic limestones with chert nodules
Fig. 2 - Carta geolitologica dell’area di studio. La sezione
geolitologica (traccia lungo la linea verde) è riportata
in Fig. 3. Legenda: 1. Depositi incerenti a varia gran-
ulometria; 2. Selce e calcari selciferi stratificati, con
subordinate intercalazioni di calcareniti; 3. Calcari
micritici e calcareniti prevalenti, subordinati calcari
marnosi, con intercalate biocalcareniti massive; 4.
Argilliti prevalenti e marne; 5. Calcari micritici strat-
ificati con noduli di selce e intercalate biocalcareniti
massive; 6. Calcari massivi; 7. Curve di livello; 8.
Reticolo idrografico; 9. Sezione geolitologica; 10.
Giaciture: strati orizzontali e strati inclinati; 11.
Faglie dirette (a tratteggio se incerte o sepolte); 12.
Faglie inverse; 13. Limite dell’idrostruttura di Monte
Cambio
- Geolithological map of the study area (cross-section
along the green line is shown in Figure 3). Legend:
1. Incoherent variable-sized deposits; 2. Stratified
chert and cherty limestone, with minor intercalated
biocalcarenites; 3. Predominantly micritic limesto-
nes and calcarenites, subordinate marly limestones,
with intercalated massive biocalcarenites; 4. Pre-
vailing shales and marls; 5. Stratified micritic lime-
stones with chert nodules and intecalated massive
biocalcarenites; 6. Massive limestones; 7. Elevation
contour line; 8. Drainage network; 9. Geolithologi-
cal cross-section; 10. Dip directions: horizontal beds
and dipping beds; 11. Normal faults (dashed line:
uncertain and buried faults); 12. Reverse faults; 13.
Boundary of the Monte Cambio hydrostructure
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HYDROGEOLOGICAL FEATURES OF HIGH-ALTITUDE SPRINGS OF THE CAMBIO MT. HYDROSTRUCTURE (RIETI, ITALY)
AND LOCAL METEO-CLIMATIC EFFECTS ON THEIR DISCHARGE PROCESSES
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noduli di selce prevalentemente grigia o nera e intercalazioni
detritiche (Maiolica, Titoniano inferiore p.p.-Aptiano inferiore
p.p., di cui affiora solo la parte inferiore).
La successione mesozoica è ricoperta da depositi incoerenti di
origine glaciale, fluvio-glaciale, di falda e di versante del Quaternario.
Dal punto di vista strutturale, è riconosciuto un assetto sinforme, cui
sono associate ondulazioni e pieghe minori e faglie distensive con rigetti
nell’ordine delle decine di metri (Fig. 3). Faglie normali, di maggiore
importanza, delimitano l’acquifero, ponendo la successione stratificata a
contatto con i più antichi calcari massivi del Calcare Massiccio.
Nell’ambito delle tipiche formazioni riconosciute nell’area sono
state individuate 6 unità, descritte nella legenda di Figura 2, con omo-
geneo comportamento rispetto alla circolazione idrica.
PRINCIPALI ASPETTI IDROGEOLOGICI
INQUADRAMENTO IDROGEOLOGICO
I terreni affioranti nell’ambito dell’area di studio possono essere ac-
corpati, in base alla loro permeabilità relativa e ad altre caratteristiche
idrogeologiche (S
ervizio
g
eologico
n
azionale
, 1995), in un complesso
idrogeologico calcareo (Giurassico inferiore-Cretacico superiore; po-
tenza totale 1000-1500 m) con grado di permeabilità relativa alta, che
comprende (dal basso verso l’alto): a) Complesso calcareo basale: for-
mazioni calcaree con permeabilità secondaria elevata per fessurazione e
carsismo, che ospitano un acquifero basale di rilevanza regionale (Cal-
care Massiccio e parte inferiore della Corniola); b) aquicludo basale: de-
positi marnosi e marnoso-calcarei, talora selciferi, con permeabilità re-
lativamente bassa e limitata fessurazione, che hanno fondamentalmente
un ruolo di
aquiclude (parte superiore argillosa della Corniola, Marne
del Monte Serrone, Calcari e Marne a Posidonia, Calcari Diasprigni);
c) Complesso calcareo superiore: calcari micritici stratificati con perme-
abilità secondaria medio-alta per fessurazione e subordinatamente per
carsismo, che possono ospitare acquiferi sospesi (Maiolica).
A livello regionale seguono (verso l’alto) i complessi idrogeolo-
gici, caratterizzati da grado di permeabilità relativa minore, di segui-
to elencati: complesso calcareo-marnoso (Marne a Fucoidi, Scaglia
Bianca e Scaglia Rossa); complesso marnoso-calcareo e marnoso
(Scaglia Cinerea, Bisciaro, Marne con Cerrogna, Marne ad Orbuli-
na); complesso dei flysch (Formazione della Laga); complesso con-
glomeratico-sabbioso e detritico e complesso delle alluvioni.
and flattened nodules, predominantly grey or black, and detritic
intercalations (Maiolica, Lower Titonian p.p.-Lower Aptian p.p.,
of which only the lower part of the formation is visible).
Quaternary incoherent glacial, fluvial-glacial, slope and talus de-
posits cover the Mesozoic succession.
The geological structure is synclinal in form, with associated un-
dulations, minor folds and tension faults, with slip displacements in
the tens of metres (Fig. 3). The aquifer is delimited by more important
normal faults that place the stratified succession in contact with older
massive limestones of the Calcare Massiccio.
The legend for Figure 2 describes 6 lithological units identified
by the study, pertaining to the formations noted above, each having
characteristic hydraulic circulation behaviour.
MAIN HYDROGEOLOGICAL CHARACTERISTICS
HYDROGEOLOGICAL SETTING
The terrain outcropping in the study area may be distinguished, on
the basis of relative hydraulic permeability and other hydrogeological
features (S
ervizio
g
eologico
n
azionale
, 1995), in a calcareous hydro-
geological complex (Lower Jurassic-Upper Cretaceous; total thickness
1000-1500 m) showing a high relative permeability degree and includ-
ing (from bottom to top): a) Basal calcareous complex: calcareous for-
mations with high secondary permeability, due to occurrence of fractu-
ration and karst processes, and hosting a very productive regional basal
aquifer at the Calcare Massiccio and lower part of the Corniola strati-
graphic levels; b) basal aquiclude: marl and marly limestone, sometimes
cherty, deposits having relatively low permeability and scarce fractura-
tion degree and mainly
aquiclude role (upper clayey Corniola, Marne
del Monte Serrone, Calcari e Marne a Posidonia, Calcari Diasprigni); c)
Upper calcareous complex: stratified fine grained limestone having sec-
ondary medium-high permeability due to fracturation and subordinately
karst processes and hosting suspended aquifers (Maiolica).
At a regional level, hydrogeological complexes with less sig-
nificant relative permeability degree follow (from lowest upwards):
calcareous-marly complex (Marne a Fucoidi, Scaglia Bianca and
Scaglia Rossa formations); marly-calcareous and marly complex
(Scaglia Cinerea, Bisciaro, Marne con Cerrogna, Marne ad Orbulina
formations); flysch complex (Laga Formation); conglomeratic-sandy
and detritic complex and alluvial complex.
Fig. 3 - Sezione geolitologica WNW-ESE
dell’idrostruttura di M. Cambio (trac-
cia della sezione e legenda in Fig. 2)
- WNW-ESE geolithologic cross-sec-
tion of the Mt. Cambio hydrostructu-
re (see Fig. 2 for context and legend)
background image
CARATTERISTICHE IDROGEOLOGICHE DELLE SORGENTI D’ALTA QUOTA DELLA IDROSTRUTTURA DI MONTE CAMBIO (RIETI, ITALIA)
ED INFLUENZA DEI PROCESSI METEO-CLIMATICI LOCALI SULLE PORTATE SORGIvE
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M. AMANTI, G. CONTE, M. MARINO, L. MARTARELLI, G. M. MONTI, G. MOTTERAN, P. PERINI & A. SILVI
ASSETTO IDROGEOLOGICO DELL’IDROSTRUTTURA DI
MONTE CAMBIO
L’idrostruttura di M. Cambio, appartenente alla più ampia strut-
tura idrogeologica di M. Terminillo, è limitata, nell’area di studio, ad
E dalla struttura di M. Porillo (comprendente depositi marnoso-are-
nacei) e a N dalla struttura di M. Nocella (depositi calcareo-marnosi)
ed è attraversata in superficie dallo spartiacque che divide due dei
sottobacini idrografici del Fiume Tevere (fiumi Corno e Velino) (Fig.
4). Nel dettaglio, l’idrostruttura è caratterizzata dai depositi marnosi e
marnoso-calcarei e dai calcari micritici del complesso idrogeologico
calcareo precedentemente definito.
Acquiferi sospesi di alta quota sono piuttosto frequenti nel siste-
ma orografico del M.Terminillo, a causa della variabile permeabilità
idraulica dei differenti litotipi presenti nella successione sedimentaria
locale, con i termini meno permeabili che svolgono funzione di aqui-
tard o aquiclude. Nel caso specifico, infatti, l’acquifero individuato
risulta essere sospeso sui termini argilloso-marnosi delle Marne del
Monte Serrone. Nei calcari micritici ivi affioranti si conferma la pre-
senza di modeste tracce di carsismo.
L’idrostruttura di Monte Cambio, ospitata principalmente nel
complesso idrogeologico calcareo superiore, è limitata a NE da una
linea tettonica diretta subverticale e a S e a W dall’acquicludo basale,
presente, ma non affiorante, anche nell’estremità NW. L’area sottesa
HYDROGEOLOGICAL FEATURES OF THE MONTE CAM-
BIO HYDROSTRUCTURE
The Mt. Cambio hydrostructure is contained within the larger
hydrogeological structure of Monte Terminillo, connecting with
the regional basal aquifer, delimited in the study area by the Mt.
Porillo structure (composed of marly-arenaceous deposits) at E
and by the Mt. Nocella structure (calcareous-marly deposits) at N
(Fig. 4). A watershed divide crosses the structure under study be-
tween two hydrographical sub-basins of the Tiber River (Corno and
Velino rivers). It hosts suspended high-altitude aquifers, which are
quite frequent in the Monte Terminillo orographic system due to
variations in hydraulic permeability of the various lithotypes of the
Umbria-Marche regional succession, in which less permeable units
serve roles as aquitards or aquicludes. In the specific study area, the
aquifer is suspended on clay-marly units present at the base of the
Marne del Monte Serrone. The outcrops of the calcareous units of
the succession show modest traces of karst processes.
The Mt. Cambio hydrostructure, mainly hosted in the Up-
per calcareous hydrogeological complex, is bordered at NE by a
sub-vertical normal tectonic line and at S and W from the basal
aquiclude; this latter occurs, but does not outcrop, also to the NW
edge of the structure. The total surface of this structure has been
evaluated in 2.2 km
2
. The cited normal tectonic line is concerned by
Fig. 4 - Schema idrogeologico dell’area di studio
- Hydrogeological sketch map of the study area
background image
HYDROGEOLOGICAL FEATURES OF HIGH-ALTITUDE SPRINGS OF THE CAMBIO MT. HYDROSTRUCTURE (RIETI, ITALY)
AND LOCAL METEO-CLIMATIC EFFECTS ON THEIR DISCHARGE PROCESSES
43
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da tali limiti misura circa 2.2 km
2
. Attraverso la suddetta linea tetto-
nica è possibile avvengano processi di drenance dall’idrostruttura in
studio verso l’aquifero basale, ospitato nel complesso calcareo basale.
Le sorgenti censite sono collocate prevalentemente in corrispon-
denza del tetto di formazioni marnose affioranti ai margini della strut-
tura (Fig. 4) come sorgenti per soglia di permeabilità sottoposta, in
una fascia altimetrica compresa tra quota 1600 e 1700 m s.l.m. Le
portate di magra di quelle perenni non superano i 4 l/s, le maggiori
hanno portata media tra 5-10 l/s e massima pari a circa 25-30 l/s,
pertanto il loro regime è fortemente variabile con le stagioni. Alcune
delle emergenze principali sono captate ad uso dell’Acquedotto Rea-
tino (sorgenti Cavalli, Porcini 1 e 2).
A favore dell’ipotesi della unitarietà della struttura, i parame-
tri chimico-fisici delle acque, misurati in situ, ricadono in intervalli
ristretti (conducibilità elettrica specifica, CE, tra 228 e 294 μS/cm;
temperature tra 7 e 10 °C; pH neutri o leggermente alcalini; tab.1).
Altre sorgenti perenni, rinvenute nei settori marginali posti a NNE e
SE della struttura di M. Cambio e probabilmente riferibili alla locale
falda basale, sono state riportate in carta (Fig.4) ed in tabella 1. Si noti
che tutte le sorgenti dell’idrostruttura di M. Cambio con portata media
maggiore di 1 l/s (equivalenti al 97% del deflusso sorgivo dell’idro-
struttura) contribuiscono ad alimentare la rete acquedottistica locale.
BILANCIO IDROGEOLOGICO
Sulla base della ricostruzione geologico-strutturale di figura 3 e
delle informazioni desunte da un dettagliato censimento nel territorio
di studio degli elementi d’interesse idrogeologico (e.g. sorgenti, corsi
drenance processes from the Mt. Cambio hydrostructure towards
the basal aquifer, hosted in the Basal calcareous complex.
The springs are mainly located at top of marly formations
cropping out at the margins of the structure (Fig. 4), can be classi-
fied as springs with permeability threshold underneath the aquifer
and are situated at an altitude range of ca. 1600-1700 m a.s.l. The
main springs have perennial characteristics and low-rate discharge
less than 4 l/s, mean discharge of 5-10 l/s, and high-rate discharge
of 25-30 l/s; then, their flow rate has greatly seasonal variations.
Some of these springs are captured and used to feed the Reatino
Aqueduct (Cavalli, Porcini 1 and 2).
As confirmation of the hypothesis of a single hydrogeological
structure, in situ measurement of the chemical-physical character-
istics of various springs showed a limited range, with specific elec-
trical conductivity, CE, 228-294 μS/cm, temperature 7-10°C and
pH neutral or slightly alkaline (Tab. 1). Other perennial springs,
identified in the NNE and SE marginal sectors of the Mt. Cambio
hydrostructure, and probably originating from the local basal wa-
ter table, are also indicated on the map (Fig. 4) and in table 1. All
springs of the Mt. Cambio structure with a mean discharge of more
than 1 l/s, representing a total of 97% of the spring discharge of the
hydrostructure, are captured to supply the local water system.
HYDROGEOLOGICAL BUDGET
An attempt was made to calculate the budget for the identified hy-
drostructure, on the basis of the geologic-structural reconstruction (Fig.
3) and information derived from a detailed survey of pertinent hydrogeo-
Tab. 1 - Principali caratteristiche delle sorgenti studi-
ate. * Dati da studi precedenti (e.g., g
iuliano
& S
ciotti
, 1981; b
oni
et alii, 1995)
- Characteristics of the examined springs. *
Data from previous studies (e.g., G
iuLiano
&
S
ciotti
, 1981; B
oni
et alii, 1995)
background image
CARATTERISTICHE IDROGEOLOGICHE DELLE SORGENTI D’ALTA QUOTA DELLA IDROSTRUTTURA DI MONTE CAMBIO (RIETI, ITALIA)
ED INFLUENZA DEI PROCESSI METEO-CLIMATICI LOCALI SULLE PORTATE SORGIvE
44
M. AMANTI, G. CONTE, M. MARINO, L. MARTARELLI, G. M. MONTI, G. MOTTERAN, P. PERINI & A. SILVI
d’acqua; Fig. 4), è stato effettuato un tentativo di calcolo di bilancio
idrogeologico dell’idrostruttura individuata. Sono stati pertanto con-
siderati (Tab. 2): a) le precipitazioni (P), stimate in 1650 mm/anno in
base ai dati delle stazioni pluvio-nivometriche dell’Ufficio Idrografico
della Regione Lazio; b) l’evapotraspirazione reale calcolata mediante
la formula di Turc, che è risultata circa 450 mm/anno (temperatura
media annua di circa 6°C, dai dati delle suddette stazioni meteo-cli-
matiche); c) il ruscellamento superficiale (R), stimato come percen-
tuale degli apporti meteorici (da dati di letteratura per simili situazione
geologiche in ambito regionale R=15%P; b
oni
et alii 1986), che si
attesta sui 250 mm/a. L’infiltrazione efficace calcolata in questo modo
(metodo “indiretto” classico) è pari a 950 mm/a. Considerando il flus-
so idrico in uscita dalla struttura, dovuto alle emergenze sorgive (Presa
Cavalli, Porcini 1 e 2, altre sorgenti minori), le portate misurate, calco-
late e/o desumibili da varie fonti (e.g. g
iuliano
& S
ciotti
, 1981; b
oni
et alii, 1995; Servizio gestione acquedotti Rieti) sono relativamente
diverse, probabilmente per una loro sovra o sottostima, e cadono in un
intervallo tra i 15 ed i 25 l/s. Tali valori corrispondono ad un’infiltra-
zione efficace calcolata compresa tra 215 e 360 mm/a (metodo “diret-
to” di b
oni
et alii, 1986; area di ricarica dell’acquifero circa 2,2 km
2
).
In definitiva, si è riscontrata un’eccedenza di aliquota destinata all’in-
filtrazione efficace tra circa 610 e 735 mm/a, corrispondenti a circa
40-50 l/s di risorsa idrica. Si precisa che nelle analisi quantitative delle
precipitazioni atmosferiche è stato adottato il principio affermato dalla
WMO (World Meteorological Organization, 1983), secondo cui ad 1
cm di neve corrisponderebbe approssimativamente 1 mm di pioggia.
Tale risorsa è probabilmente recapitata, anche attraverso vie pre-
ferenziali (e.g.: le suddette faglie dirette che delimitano e/o sono pre-
senti nella struttura), verso l’acquifero regionale basale residente nel-
le limitrofe facies carbonatiche di piattaforma fratturate e carsificate
e/o verso altri sistemi acquiferi, contribuendo alla portata delle sor-
genti puntuali e lineari osservate in settori localizzati a più bassa quo-
ta sia a sud (e.g.: S. Giuseppe, Fonte Capo Scura, Le Casette, alveo
del Torrente Scura) sia a nord (e.g.: Rio Freddo, Macchione, Vetica,
logic elements in the region (e.g. springs, watercourses; Fig. 4). The cal-
culations considered the following factors (Tab. 2): a) precipitation (P),
estimated at 1650 mm/yr, on the basis of data from rain and snow guages
of the Ufficio Idrografico della Regione Lazio (Annali Idrologici 1955-
1999; communication from the Ufficio Idrografico della Regione Lazio
regarding the period 2000-2006); b) actual evapotranspiration, calculated
using the Turc formula as ca. 450 mm/yr (average annual temperature of
6°C, from data recorded by the Ufficio Idrografico della Regione Lazio;
Annali Idrologici 1955-1999, communication from the Ufficio Idrografi-
co della Regione Lazio regarding the period 2000-2006); c) surface run-
off (R), estimated as a percentage of atmospheric precipitation (R=15%P,
from data in the literature on similar geological situations in the regional
context, Boni et alii 1986) at ca. 250 mm/yr. The effective infiltration cal-
culated from these data (conventional “indirect” methods) is 950 mm/yr.
Considering the spring flow exiting the structure (Presa Cavalli, Porcini 1
and 2, other minor springs), the data, as measured, calculated, or derived
from various sources (e.g. g
iuliano
& S
ciotti
, 1981; b
oni
et alii, 1995;
the management of the Rieti aqueducts), are quite varied, suggesting the
occurrence of over and underestimates, but fall in a range from 15-25 l/s.
These values correspond to an effective infiltration calculated at 215-360
mm/yr (“direct” method of b
oni
et alii, 1986; aquifer recharge area ca.
2.2 km
2
). The final result, comparing the two previously obtained values,
was the identification of a surplus of effective infiltration of 600-750 mm/
yr, corresponding to 40-50 l/s of groundwater resource. It is noteworthy
that the snow to water equivalence has been estimated according to the
WMO (World Meteorological Organization, 1983), assuming that 1 cm
of snow corresponds to about 1 mm of rain.
This groundwater resource surplus is probably redirected, establish-
ing a groundwater seepage process, along preferential routes (e.g.: the
cited direct faults delimiting and/or present in the structure) towards
the regional basal aquifer situated in the adjacent fractured and karsti-
fied carbonatic facies and/or towards other systems, contributing to
discharge from point and linear springs observed in localized sectors at
lower altitudes to the south (e.g.: S. Giuseppe, Fonte Capo Scura, Le
Tab. 2 - Elementi del bilancio idrogeologico e delle
risorse idriche disponibili nell’idrostruttura di
Monte Cambio
- Aspects of hydrogeologic budget and groundwa-
ter resources in the Mt. Cambio structure
background image
HYDROGEOLOGICAL FEATURES OF HIGH-ALTITUDE SPRINGS OF THE CAMBIO MT. HYDROSTRUCTURE (RIETI, ITALY)
AND LOCAL METEO-CLIMATIC EFFECTS ON THEIR DISCHARGE PROCESSES
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Porana) (Fig. 4). Sebbene lungo i percorsi idraulici la CE può variare,
tale parametro è stato comunque utilizzato per avere indicazione sui
recapiti della suddetta risorsa idrica, in considerazione dei relativa-
mente brevi probabili percorsi, nonché degli omogenei valori di CE
misurati mensilmente durante due anni idrologici di monitoraggio
delle sorgenti nell’intorno dell’area di studio e delle loro marcate dif-
ferenze rilevate tra sorgenti verosimilmente appartenenti a differenti
idrostrutture. Pertanto, per i loro più simili valori di CE delle acque
rispetto a quelli delle suddette sorgenti all’interno dell’idrostruttura di
Monte Cambio (Fig. 4; Tab. 1), i recapiti più diretti sembrano essere
le sorgenti Riofreddo, Capo Scura e S. Giuseppe.
CARATTERISTICHE DELLE SERIE STORICHE ME-
TEOCLIMATICHE E DI PORTATA SORGIvA
Le considerazioni di seguito esposte sono utili per la comprensio-
ne della dinamica dei processi atmosferici pluriennali ed infrannuali in
relazione al loro effetto sul flusso sorgivo, per la definizione di modelli
dinamici della portata delle sorgenti e per ottenere indicazioni indirette
sulle caratteristiche idrostrutturali dei bacini di alimentazione.
Le serie temporali dei valori medi mensili ed annuali di piogge, di-
sponibili dal 1955 al 2006, e di temperatura dal 1955 al 2002, della sta-
zione meteorologica di M.Terminillo (1750 m s.l.m.; a
nnali
idrologici
,
1955-1999; comunicazione dell’Ufficio Idrografico della Regione Lazio,
dati periodo 2000-2006) sono state esaminate al fine di verificare la pre-
senza al loro interno di una componente tendenziale di lungo periodo. In
particolare è stata testata l’ipotesi nulla di assenza di trend con il metodo
statistico Mann-Kendall (Fig. 5; S
en
, 1968; g
erStengarbe
& w
erner
,
1999) ed in entrambi i casi l’ipotesi è stata rifiutata. I valori mensili delle
piogge presentano una tendenza debolmente negativa con un p-value (li-
vello di probabilità
) pari a 0,02 e con un tasso di variazione di -0,7 mm/
anno. Nelle serie delle temperature medie mensili invece si evidenzia un
trend positivo piuttosto marcato con p-value pari a 8,9·10
-5
ed un tasso di
variazione di 0,04°C/anno. Le precipitazioni nevose non mostrano una
tendenza di fondo, essendo i dati mensili nivometrici (spessore del manto
nevoso) eccessivamente dispersi intorno alla media.
Dopo avere definito la componente tendenziale delle serie tempo-
rali, vengono esaminate le caratteristiche dinamiche di queste ultime
legate alla stagionalità.
Vi sono molti metodi in grado di estrarre la componente stagio-
nale dalle serie storiche. Nel caso in esame è stata utilizzata la regres-
sione lineare basata sulle variabili ausiliarie dicotomiche (variabili
dummy; d
agum
, 2002) su serie di valori di registrazione aggregati
mensilmente, in cui si stimano i coefficienti stagionali (per ciascun
mese) necessari per la formulazione di una funzione periodica che
rappresenti il modello stagionale del fenomeno in esame. Questo me-
todo offre la particolare opportunità di valutare il livello di stagiona-
lità della serie tramite il coefficiente di determinazione R
2
. Nel caso
in questione tale coefficiente, essendo per definizione una misura del
grado di adattamento di modelli di regressione lineare ai dati osser-
vati (i valori possibili sono compresi tra 0 e 1, ossia da nessuna alla
Casette, Torrente Scura stream) and north (e.g.: Rio Freddo, Macchione,
Vetica, Porana) (Fig. 4). Though along hydraulic pathways the CE may
progressively change, this parameter has however been used for having
indications on the final delivery of the cited groundwater resource sur-
plus, taking into consideration (i) the relatively short pathways, (ii) the
homogeneity of the measured CE values obtained during two years of
monthly spring monitoring in the neighbouring of the study area and (iii)
the relatively marked CE differences among springs likely related to dif-
ferent hydrostructures. Consequently, the close similarity in observed CE
values (Fig. 4; Tab. 1) suggests that the most probable direct hydraulic
connections are with the Riofreddo, Capo Scura and S. Giuseppe springs.
CHARACTERISTICS OF METEOCLIMATIC AND
SPRING FLOW TIME SERIES DATA
The following discussion is aimed contributing to the under-
standing of the pluriannual and infra-annual effects of the climatic
process dynamics on the spring flow rate, to the definition of spring
flow dynamic models and to the indirect hydrostructural characteri-
zation of the spring recharge area.
The time series regarding monthly and annual mean values of
meteorological precipitation, available from 1955 to 2006, and of at-
mospheric temperature (1955-2002) at the meteorological station of
Mt. Terminillo (1750 m a.s.l.; a
nnali
idrologici
, 1955-1999; com-
munication from the Ufficio Idrografico della Regione Lazio regard-
ing the period 2000-2006) have been analysed for the identification
of a long time trend component. In particular, the assumption of a null
hypothesis of absence of trend was tested by the Mann-Kendall sta-
tistic method (Fig. 5; S
en
, 1968; g
erStengarbe
& w
erner
, 1999) and
in both verifications the hypothesis was rejected. The monthly values
of precipitations show a slightly negative trend, revealed by a p-value
(probability value) of 0.2 and a variation rate of -0.7 mm/year. In the
monthly mean temperature series is instead showed a relatively sharp
positive trend, according to a p-value of 8.9·10
-5
and a variation rate
of 0,04°C/year. On the contrary, the snowfall data do not show any
general trend, as the monthly snow depth values are too scattered with
respect to their average value.
After having defined the trend component of the time series, their
dynamic characteristics will be considered on seasonal terms.
There are many methods able to extract the seasonal component
from the time series. In the case in exam has been used the linear
regression based on the dichotomy auxiliary variables (dummy vari-
ables; d
agum
, 2002) of monthly aggregated data series, which al-
low the estimation of the seasonality indexes (for each month) aimed
to the definition of a periodic function, representing the seasonality
model of the studied process.
This method offers a particular opportunity to estimate the
level of seasonality of the time series through the determination
of coefficient values R
2
. In the case studied such coefficient being
by definition a measure of adaptation degree of linear regression
models to the observed values (possible variation from 0 to 1, i.e.
background image
CARATTERISTICHE IDROGEOLOGICHE DELLE SORGENTI D’ALTA QUOTA DELLA IDROSTRUTTURA DI MONTE CAMBIO (RIETI, ITALIA)
ED INFLUENZA DEI PROCESSI METEO-CLIMATICI LOCALI SULLE PORTATE SORGIvE
46
M. AMANTI, G. CONTE, M. MARINO, L. MARTARELLI, G. M. MONTI, G. MOTTERAN, P. PERINI & A. SILVI
massima corrispondenza), può essere interpretato come una misura
del livello di stagionalità delle serie temporali e costituisce un termine
quantitativo di confronto della stagionalità presente nelle serie tem-
porali di differenti parametri fisici.
I coefficienti di determinazione ottenuti dai modelli stagiona-
li di pioggia, acqua di fusione della neve e portata sorgiva di Presa
Cavalli, con intervallo temporale compreso dal 1998 al 2002, sono
pari rispettivamente a 0,12, 0,65 e 0,73. La stagionalità delle piog-
ge è quindi molto bassa ed è determinata essenzialmente dal periodo
secco estivo. Resta tuttavia il dubbio di quanto tale modello possa
rispecchiare l’effettivo contributo alle falde, considerata l’importan-
za del fenomeno dell’evapotraspirazione. Per ottenere un modello
stagionale degli apporti alle falde maggiormente congruente con la
componente efficace delle piogge è stata stimata l’evapotraspirazione
potenziale con la formula empirica di Thornthwaite e rielaborato il
modello stesso dopo avere sottratto ai valori mensili delle registra-
zioni pluviometriche l’evapotraspirazione potenziale. In figura 6a è
riportato un modello stagionale di evapotraspirazione potenziale ri-
cavato sulla base dei dati termometrici della stazione del Terminillo
dal 1998 al 2002 (non sono disponibili registrazioni più recenti) e, per
confronto, un secondo modello dal 1955 al 1964. Il modello di stagio-
nalità della pioggia rielaborato, rivela un incremento di “R
2
” da 0,12
a 0,31. In figura 6b vengono posti a confronto il modello stagionale
originale con quello rielaborato.
Per una conferma della maggiore adeguatezza del modello sta-
gionale rielaborato nella descrizione gli apporti piovosi efficaci si è
ricorso al confronto dei cross-correlogrammi (f
raSca
, 2009) altezza
pioggia / portata sorgiva utilizzando, in un caso, i dati di altezza di
pioggia mensile originali e nell’altro quelli rielaborati.
Come illustrato in figura 8 il picco di correlazione presenta nel
secondo caso un valore più elevato a conferma del rilevante effetto
dell’evapotraspirazione sull’apporto idrico alla falda e sul regime del-
le sorgenti di Monte Cambio.
Malgrado l’evapotraspirazione aumenti il livello di stagionalità de-
gli apporti piovosi, rendendo spesso trascurabile il loro contributo alle
falde idriche nei mesi estivi, resta assai più marcata la stagionalità dei
fenomeni legati alla neve (precipitazione, accumulo e fusione). L’in-
sieme dei due processi stagionali atmosferici determina a sua volta, nel
corso di ogni ciclo annuale, la forte stagionalità della portata sorgiva.
Quest’ultima si manifesta graficamente nella componente dinamica
dell’idrogramma di figura 7 (ovvero nella portata eccedente il livello
medio annuale dei minimi mensili). Il volume di acqua riferibile a tale
componente dinamica (volume stagionale “dinamico”) è stato riportato
in tabella 3 con i valori stagionali di acqua di fusione della neve e di al-
tezza di pioggia corretti rispetto all’evapotraspirazione potenziale. Per
quanto riguarda il contributo annuale alla falda, l’apporto medio della
neve è pari al 26% del totale, il resto ovviamente è da attribuire alle
piogge, mentre il volume annuale dovuto alla sola componente dinami-
ca della portata idrica corrisponde al 22% del volume totale, pari alla
percentuale dell’intero apporto medio delle acque di fusione delle nevi.
null to maximum adaptation), can be interpreted as a measure of
the seasonality degree of the time series. Moreover R2 establishes
a quantity of comparison of the seasonality contained in the time
series of the different physical parameters.
The determination coefficients calculated from the seasonal rain-
fall, snowmelt and Presa Cavalli intake discharge models (years 1998
to 2002) are 0.12, 0.65, 0.73, respectively. For the sake of brevity
the graphical and analytical treatment of the seasonality models will
be omitted. The seasonality of the rainfall is thus very low and is es-
sentially determined by the dry summer period. Nevertheless remains
the doubt about how much such model can reflect the real contri-
bution to the stratum considered the importance of the phenomenon
of evapotranspiration. To obtain a more representative model of the
seasonal rainfall was carried out as follows: the potential evapotran-
spiration has been calculated according the Thornthwaite empirical
formula. The seasonal pattern was then revised after withdrawing the
component attributable to potential evapotranspiration from the val-
ues of monthly rainfall.
Figure 6a shows the comparison between the seasonal potential
evapotranspiration models deriving from the air temperature data
measured at the Mt. Terminillo meteorological station during the two
periods 1998-2002 (more recent information is not available) and
1955-1964. The revised seasonality pattern reveals an increasing of
R
2
values from 0.12 to 0.31. In figure 6b the original seasonality pat-
tern will be compared with the revised one.
To confirm the major adequacy of the revised seasonality pat-
tern of the effective rainfall, the cross-correlogrammi (f
raSca
, 2009)
height/intake discharge was compared using, in one case, the original
monthly rainfall values and the recalculated in the other.
As shown in figure 8 the peak correlation is higher in the second
case. This confirms the relevant effect of the evapotranspiration to
the aquifer annual recharge and to the regime of the sources of Monte
Cambio.
Though the evapotranspiration triggers a higher seasonality to
the rainfall process, often leading to a negligible aquifer recharge
during summer time, the seasonality of the snow process (fall, depo-
sition and melting) is still comparatively higher. The seasonality of
both the former atmospheric precipitation induces, in turn during
each annual cycle, the strong seasonality of the spring discharge,
clearly evident from the dynamic component (the flow exceeding the
annual mean level of the monthly minimum values) of the hydro-
gram in figure 7. The water volume referred to this dynamic compo-
nent is reported in table 3 (seasonal dynamic budget), as well as the
cumulated snowmelt and rainfall seasonal values, after the appliance
of potential evaporation correction. Regarding the aquifer annual re-
charge, the mean contribution from snowfall corresponds with about
26% of total volume, while the remaining 74% is due to the rain-
fall. The annual volume correlated to the dynamic component of the
spring discharge is about 22%, in good agreement with the percent-
age of the mean snowmelt contribution.
background image
HYDROGEOLOGICAL FEATURES OF HIGH-ALTITUDE SPRINGS OF THE CAMBIO MT. HYDROSTRUCTURE (RIETI, ITALY)
AND LOCAL METEO-CLIMATIC EFFECTS ON THEIR DISCHARGE PROCESSES
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As a whole, the time series analysis indicates that the high-eleva-
tion springs of the Mt. Cambio hydrostucture are mainly hydraulically
dependent from the rainfall (that are also enough abundant to grant a
perennial characteristic to the Cavalli intake and other major springs),
but their flow rate is strongly dependent from the snow annual cycle.
Moreover, the phenomenon of evapotranspiration is increasing sig-
nificantly in the studied time series as a consequence of the variation
rate depending from the mentioned atmospheric temperatures.
L’insieme dei risultati ottenuti dall’analisi delle serie storiche
indica che, se da un lato l’alimentazione delle sorgenti d’alta quo-
ta di M. Cambio è dovuta principalmente alle piogge (sufficienti
a garantire il carattere perenne di presa Cavalli), d’altra parte il
loro regime è fortemente condizionato dal ciclo annuale delle nevi.
Inoltre il fenomeno dell’evapotraspirazione è significativamente in
aumento con tasso di variazione dipendente dal trend della tempe-
ratura atmosferica già esaminato.
Fig. 5 - Grafici di tendenza delle medie annuali di temperatura e degli apporti annuali di pioggia della stazione meteo di M.Terminillo (1750 m s.l.m.). Modello
elaborato con metodo Mann-Kendall-Sen’s estimate slope (S
en
, 1968; g
erStengarbe
& w
erner
, 1999)
- Tendency charts of air temperature and rainfall annual mean values measured at the meteorological station of Mt. Terminillo (1750 m a.s.l.). The model
has been obtained according to Mann-Kendall-Sen’s estimate slope method (S
en
, 1968; G
erStenGarBe
& W
erner
, 1999)
Fig. 6 - a) Modelli annuali di evapotraspirazione potenziale dei periodi 1955-1964 e 1998-2002 nella stazione di M.Terminillo (1750 m s.l.m.). Il confronto tra
i due periodi evidenzia un incremento del 9% sul ciclo annuale. b) Confronto tra modello stagionale normale delle piogge e modello modificato rispetto
all’effetto potenziale dell’evapotraspirazione
- a) Annual potential evapotranspiration models (reference periods 1955-1964 and 1998-2002) concerning the data of the meteorological station of Mt.
Terminillo (1750 m a.s.l.). An increasing of about 9% with time, concerning annual cycles, has been evidenced. b) Comparison of the normal seasonal
model of the rainfall and the model recalculated in relation to the potential effect of the evapotranspiration
Fig. 7 - Idrogramma della Presa Cavalli (medie
mensili 1998-2004) e precipitazioni atmos-
feriche nello stesso periodo (totali mensili)
- Hydrogram of Cavalli spring intake
(monthly average values 1998-2004) and at-
mospheric precipitation for the same period
(total monthly values)
background image
CARATTERISTICHE IDROGEOLOGICHE DELLE SORGENTI D’ALTA QUOTA DELLA IDROSTRUTTURA DI MONTE CAMBIO (RIETI, ITALIA)
ED INFLUENZA DEI PROCESSI METEO-CLIMATICI LOCALI SULLE PORTATE SORGIvE
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REMARKS ON THE RELATIONSHIPS BETWEEN HYDRO-
STRUCTURE FEATURES AND SPRING FLOW RATE
It was not possible to compare the flow rate of the high-altitude
springs of the Mt. Cambio hydrostructure with that of adjacent springs
connected to the basal aquifer of the Mt. Terminillo hydrostructure,
since these latter are not monitored.
An indirect comparison was then carried out on the discharge time
CENNI SULLE RELAZIONI ESISTENTI TRA IDRO-
STRUTTURA E REGIME DI PORTATA
Non è stato possibile confrontare il regime delle sorgenti d’alta quota
di M.Cambio con quello di sorgenti limitrofe alimentate dalla falda di
base dell’idrostruttura di Monte Terminillo non essendo queste ultime
monitorate in continuo. Un confronto invece è stato possibile tra le se-
rie storiche di portata media mensile di alcune sorgenti della struttura di
Tab. 3 - Quadro riassuntivo degli apporti meteorici differenziati tra pioggia ed acqua di fusione della neve e del volume di acqua registrato a Presa Cavalli, relativi
a ciascuna stagione di 6 cicli idrologici annuali consecutivi (1999-2004)
- Table showing the meteorological precipitation, expressed as the differentiated contribution due to rainfall and snowmelt and the seasonal dynamic water
budget, regarding the Cavalli intake and concerning each season of 6 consecutive annual hydrologic cycles (1999-2004)
Fig. 8 - Cross-correlazioni a confronto tra medie mensili di portata sorgiva di presa
Cavalli e totale mensile piogge. La cross-correlazione, nella teoria dei seg-
nali (e.g. f
raSca
, 2009), è una misura delle relazioni lineari tra le vari-
abili di due processi temporali. Viene utilizzata, anche in idrogeologia (e.g.
m
angin
, 1984), per individuare lo sfasamento temporale tra due processi,
ad esempio tra gli apporti meteorici e la risposta sorgiva
- Cross-correlation plot among monthly data of spring discharge and preci-
pitation of Cavalli intake. In the signal theory (e.g. F
raSca
, 2009) the cross-
correlation evidences the linear relationships among the variables of two
time dependent processes. It is used, also in hydrogeology (e.g. M
anGin
,
1984), for the definition of the time lag between two processes (e.g. the me-
teorological precipitation and the consequent increasing of the spring flow
Fig. 9 - Cross-correlogramma delle serie storiche (1955-1957) delle tre sorgenti
della idrostruttura di M. Cambio rispetto alla serie della sorgente di
S.Angelo, appartenente ad altro sistema acquifero
- Time series data (1955-1957) cross-correlogram of the three springs of
the M. Cambio hydrostructure in comparison with the series of S. Angelo
Spring, related to a different aquifer system
background image
HYDROGEOLOGICAL FEATURES OF HIGH-ALTITUDE SPRINGS OF THE CAMBIO MT. HYDROSTRUCTURE (RIETI, ITALY)
AND LOCAL METEO-CLIMATIC EFFECTS ON THEIR DISCHARGE PROCESSES
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series among some springs of the Mt. Cambio hydrostructure (Porcini
1, Porcini 2 e Cavalli) and that of the S. Angelo spring (980 m a.s.l.), as
well related to the Mt. Terminillo hydrostructure, but fed by the basal
aquifer of the Mt. Ritornello (1874 m a.s.l.)-Mt. Elefante (2015 m a.s.l.)
ridge. This latter spring is located southwards to the Mt. Cambio relief,
on the opposite side of the Vallescura Valley. These time series refers to
a far reference time interval (1953-55 hydrological years).
The pluvio-nivometric station of Mt. Terminillo (1750 m a.s.l.) is
roughly situated at the same reciprocal distance and in the same altitude
range as the recharge areas of those springs and thus is considered to be
representative of the monthly precipitation amounts of both the aqui-
fers which the Mt. Cambio and S. Angelo springs are linked to.
The maximum correlation index value (ρ
=
0,7), obtained by cross-
correlation method for the spring discharge/precipitation model among
each of the three time series of the Mt. Cambio springs with respect to
the series of the S.Angelo spring, indicates a feedback delay of about
one month (Fig. 9). Since the seasonal precipitations for unit surface
are considered to be similar in the two recharge areas, the delayed feed-
back signal for the S. Angelo basal spring with respect to the other Mt.
Cambio high-altitude springs is likely due to the longer travel distance
of the groundwater pathways feeding the S. Angelo spring.
The cross-correlogram of figure 10 (significant spring discharge
feedback signal after 38 days and maximum discharge at 60-70 days
from the precipitation event) allow us to have indications on the hydro-
dynamic features of the Mt. Cambio aquifer in comparison with those
of the Scirca spring, in the neighbouring southern Umbria region. This
latter spring is related to the same Umbro-Marchean stratigraphical suc-
cession as the Mt. Cambio spring, but is located at the basal calcareous
complex level, characterized by karst processes. The spring discharge
feedback in this situation is strongly fast, as a null delay and a maxi-
mum discharge after about 20 days are displayed (a
ngelini
, 1997).
Figure 11 shows the daily spring discharge data autocorrelogram
for the Cavalli intake, monitored from 1998 to 2004. The autocor-
relation function (ACF; f
raSca
, 2009) consists in the correlation,
within a set of data, among the value referring to a given time and
M. Cambio (Porcini 1, Porcini 2 e Cavalli) con quella della sorgente di
S. Angelo (980 m s.l.m.), appartenente all’idrostruttura di M. Terminil-
lo, ma alimentata dall’acquifero della dorsale di M. Ritornello (1874 m
s.l.m.) - M. Elefante (2015 m s.l.m.). Tale sorgente è separata dal rilievo
di M. Cambio, a sud, dall’incisione di Vallescura ed è ubicata alla base
della dorsale suddetta. Le serie disponibili interessano un periodo di re-
gistrazione lontano essendo risalente ai tre anni idrologici 1953-1955.
La stazione pluvio-nivometrica del Terminillo (1750 m s.l.m.),
circa equidistante e situata ad una quota prossima a quella delle due
aree di alimentazione, può ritenersi significativa degli apporti atmo-
sferici a scala mensile che interessano sia l’acquifero di S. Angelo
che quello di M. Cambio.
Il massimo valore di correlazione (ρ
=
0,7), ricavato mediante la
correlazione incrociata fra ciascuna delle tre serie temporali delle sor-
genti di M. Cambio rispetto alla serie della sorgente S.Angelo, cor-
risponde ad un ritardo di circa un mese (Fig. 9). A fronte di apporti
meteorici stagionali comuni nelle due aree di alimentazione, il ritardo
della risposta a livello della sorgente di S.Angelo rispetto a quello del-
le sorgenti di alta quota di M.Cambio si spiega ragionevolmente con
il maggiore sviluppo dei circuiti idrici sotterranei che alimentano la
sorgente S. Angelo.
Il cross-correlogramma giornaliero pioggia/portata sorgiva (Fig. 10)
mostra una risposta significativa dopo 38 giorni con un massimo com-
preso tra 60 e 70 giorni. Tale dato fornisce un’idea più chiara delle ca-
ratteristiche idrodinamiche dell’acquifero se confrontato con quello di
altre sorgenti, come la sorgente di Scirca, in Umbria, appartenente ad una
successione litologica della stessa facies di M. Cambio (umbro-marchi-
giana), caratterizzata da un serbatoio idrico carsificato nei livelli carbona-
tici del complesso calcareo basale. Qui la risposta è fortemente impulsiva
essendo significativamente rilevabile a “ritardo zero”, con un valore di
picco della portata che si manifesta dopo circa 20 giorni (a
ngelini
, 1997).
In figura 11 viene riportato il correlogramma dei dati giornalieri di
portata di presa Cavalli registrati tra il 1998 ed il 2004. A differenza del
cross-correlogramma, dove viene rappresentata la relazione bivaria-
ta delle serie temporali di pioggia e portata e stimato il coefficiente di
Fig. 10 - Cross-correlazione tra tra dati di portata sorgiva giornaliera di presa
Cavalli ed altezza di pioggia giornaliera
- Cross-correlation plot among daily data of spring discharge and
precipitation of Cavalli intake
Fig. 11 - Correlogramma della portata di presa Cavalli. Dati giornalieri dal
1998 al 2004
- Correlogram of the Cavalli intake discharge. Daily data from
1998 to 2004
background image
CARATTERISTICHE IDROGEOLOGICHE DELLE SORGENTI D’ALTA QUOTA DELLA IDROSTRUTTURA DI MONTE CAMBIO (RIETI, ITALIA)
ED INFLUENZA DEI PROCESSI METEO-CLIMATICI LOCALI SULLE PORTATE SORGIvE
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M. AMANTI, G. CONTE, M. MARINO, L. MARTARELLI, G. M. MONTI, G. MOTTERAN, P. PERINI & A. SILVI
those of previous periods. The ACF allows the estimation of the
“memory” effect of the spring discharge process, which may be ex-
pressive of the draining attitude of the hydrostructure feeding the
springs (m
angin
, 1984; p
adilla
& p
ulido
-b
oScH
, 1995). The corre-
logram represents this effect also regarding its quantitative aspects:
higher is the degree of fessuration and karst processes of the rocks,
smaller is the persistence of a striking correlation of the spring dis-
charge with previous values of the same series.
As regards the Cavalli intake, during 1998-2004, 79 days of aver-
age feedback permanence were estimated. Following m
angin
(1984)
criterion, karst systems have a “memory” effect lasting by 40 days,
“mixed” systems are characterized by lasting effects from 40 to 60
days and higher extent indicate no occurrence of karst processes. The
feedback time of the Cavalli intake (79 days) is in agreement with
the m
angin
(1984) criterion, while, on the contrary, the results of a
n
-
gelini
(1997) regarding the Scirca spring, clearly linked to a karst
system, estimate a “memory” effect similar to that of Cavalli spring.
The last Author explains the high “memory” effect of the karst Scirca
spring assuming for it a huge base flow rate, not directly related to
karst pathways, according to a similar situation of karst springs in
Bulgaria (p
ulido
-b
oScH
et alii, 1995).
The time series analyses so far proposed in this paper regard
the only time domain. The results obtained by the analyses in the
frequency domain will not be here discussed, since they do not add
further main elements to the characterization of the Mt. Cambio hy-
drostructure.
Finally, the available time series were used to determine the re-
cession curves for discharge of 6 hydrological cycles from the Cavalli
intake; in figure 12, only the curve regarding the 1999 is shown, since
it was considered the most representative among the others, which are
mutually very similar. Figure 13 instead shows the recession curves
from the Porcini 1 intake regarding 1953 and 2000 hydrological cy-
cles. The recession process model for the two springs can be repre-
sented using m
aillet
S
(1905) exponential function. The recession
coefficients of the two springs differ greatly (Cavalli intake mean
correlazione ad ogni successivo ritardo, qui viene sviluppata la funzione
di autocorrelazione (ACF, Auto Correlation Function; f
raSca
, 2009) in
cui il valore di portata di un certo periodo viene correlato con quello
di periodi precedenti. L’autocorrelazione permette di stimare “l’effetto
memoria” del processo di efflusso sorgivo che, secondo alcuni Autori
(m
angin
, 1984; p
adilla
& p
ulido
-b
oScH
, 1995), è sintomatico della
capacità drenante dell’idrostruttura che alimenta la sorgente in esame.
Il correlogramma rappresenta graficamente tale effetto e lo quantifica:
quanto più la roccia è fratturata e/o carsificata, tanto minore risulta la per-
sistenza di correlazione significativa della portata con i valori precedenti
della stessa serie.
Nel caso della presa Cavalli il segnale tra il 1998 ed il 2004 manifesta
una durata media di 79 giorni. Secondo uno schema proposto da m
angin
(1984), nei sistemi carsici l’effetto memoria ha una durata massima di
40 giorni, nei sistemi misti da 40 a 60 giorni. Ritardi maggiori indicano
assenza di carsismo e possono essere dovuti, nel bacino di ricarica di
M. Cambio, all’evidente presenza di sistemi di fratture e livelli a bassa
permeabilità. Il risultato di Presa Cavalli, infatti, appare compatibile con
la schematizzazione proposta da m
angin
(1984); al contrario, i risultati
dello studio di a
ngelini
(1997) sulla sorgente Scirca, pur riferita ad un
sistema carsico, rivelano un effetto memoria paragonabile a quello di
Presa Cavalli. Il suddetto Autore, facendo riferimento ad una situazione
analoga relativa a sorgenti carsiche in Bulgaria (p
ulido
-b
oScH
et alii,
1995), spiega tale circostanza con la presenza di un flusso di base molto
consistente non direttamente riferibile alla presenza di percorsi carsici.
L’analisi delle serie temporali fin qui trattata si limita al solo domi-
nio del tempo. I risultati dell’analisi nel dominio della frequenza non
saranno discussi, in quanto non aggiungono ulteriori importanti ele-
menti alla caratterizzazione della struttura idrogeologica di M. Cambio.
A conclusione del presente studio viene fornito un breve cenno
descrittivo delle curve di scarico di Presa Cavalli e Porcini 1. Utiliz-
zando le serie storiche disponibili sono state determinate le curve di
esaurimento relative ai 6 anni di osservazione della portata di Presa
Cavalli; essendo queste tra loro molto simili, viene riportata in figura
12 la curva ritenuta più rappresentativa, appartenente al ciclo idrologi-
Fig. 12 - Curva di esaurimento della Presa
Cavalli e coefficienti di esaurimento
delle fasi del processo
- Cavalli intake: depletion’s coeffi-
cients and regression curve
background image
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value 0.0048; Porcini 1 intake mean value 0.117), as illustrated in
the two graphs, showing that the empting rate for Porcini 1 intake is
much greater than that for the Cavalli intake.
CONCLUSIONS
The outcropping lithotypes of the Mt. Cambio hydrostructure area
illustrate a stratified calcareous-siliceous-marly sedimentary succes-
sion with argillaceous zones, composed of facies of the Sabina suc-
cession between the Calcare Massiccio and the Maiolica Formations.
This succession is covered with incoherent Quaternary deposits of
various origin and sizes. The structure shows a synform feature, with
associated undulations, minor folds and normal faults (displacements
in the tens of metres) and more important normal faults that delimit
the hydrostructure. The individual high-altitude springs are fed by a
number of hydraulically independent recharge areas, each of modest
area, supported by the more marly formations of the succession.
The Mt. Cambio hydrostructure, mainly hosted in the Upper cal-
careous hydrogeological complex, is bordered at NE by a sub-ver-
tical normal tectonic line and at S and W from the basal aquiclude;
this latter occurs, but does not outcrop, also to the NW edge of the
structure. The total surface of this structure has been evaluated in 2.2
km
2
. The cited normal tectonic line is concerned by drenance proc-
esses from the Mt. Cambio hydrostructure towards the basal aquifer,
hosted in the Basal calcareous complex.
An approximate calculation of the hydrological budget was car-
ried out for the Mt. Cambio hydrostructure (recharge area about 2.2
km
2
). The calculations indicate an excess of effective infiltration of
between 600-750 mm/yr, corresponding to approximately 40-50 l/s
of groundwater resource, which is probably directed to the regional
basal calcareous aquifer and/or to other adjacent aquifers.
The high-altitude perched springs of Mt. Cambio hydrostructure
co del 1999. In figura 13 vengono rappresentate le curve di esaurimen-
to di Presa Porcini 1 riguardanti i cicli idrologici del 1953 e del 2000.
Il modello di rappresentazione del processo di esaurimento delle due
sorgenti è definito in modo soddisfacente dalla funzione esponenziale
di m
aillet
(1905). I coefficienti di esaurimento differiscono di molto
(Presa Cavalli è in media 0,0048, Presa Porcini 1 è in media 0,0117),
come illustrato nei due grafici, e sono indicativi di un tasso di svuota-
mento di Presa Porcini 1 più elevato di quello di Presa Cavalli.
CONCLUSIONI
Le litologie affioranti nell’area dell’idrostruttura di M. Cambio
costituiscono una successione sedimentaria stratificata calcareo-silico-
marnosa ed a luoghi argillosa, formata dai termini della successione
umbro-marchigiano-sabina compresi tra il Calcare Massiccio e la Ma-
iolica. Tale successione è ricoperta da depositi incoerenti di varia origine
e granulometria del Quaternario e, dal punto di vista strutturale, ha un
assetto sinforme, con ondulazioni, pieghe minori e faglie distensive (ri-
getti nell’ordine delle decine di metri), e faglie normali, di maggiore im-
portanza, che delimitano l’idrostruttura. Le singole sorgenti in quota sono
alimentate da varie aree di ricarica di estensione modesta, idraulicamente
indipendenti, sostenute dai termini più marnosi della successione.
L’idrostruttura di Monte Cambio, ospitata principalmente nel
complesso idrogeologico calcareo superiore, è limitata a NE da una
linea tettonica diretta subverticale e a S e a W dall’acquicludo basale,
presente, ma non affiorante, anche nell’estremità NW. L’area sottesa
da tali limiti misura circa 2.2 km
2
. Attraverso la suddetta linea tetto-
nica è possibile avvengano processi di drenance dall’idrostruttura in
studio verso l’aquifero basale, ospitato nel complesso calcareo basale.
E’ stato effettuato un calcolo approssimativo di bilancio idrogeo-
logico dell’idrostruttura di M. Cambio (area di ricarica circa 2,2 km
2
).
Nel complesso, è stato stimato un eccesso di infiltrazione efficace
compreso tra 600 e 750 mm/a, corrispondenti a 40-50 l/s di risorsa
idrica, che probabilmente trova recapito nell’acquifero calcareo basa-
le regionale e/o in altri sistemi acquiferi limitrofi.
Le sorgenti sospese di alta quota di M. Cambio sono interessate
da un regime stagionale di ricarica della falda fortemente influenzato
Fig. 13 - Curva di esaurimento della Presa Porcini 1 e coef-
ficienti di esaurimento delle fasi del processo
- Porcini 1 intake: depletion’s coefficients and re-
gression curve
background image
CARATTERISTICHE IDROGEOLOGICHE DELLE SORGENTI D’ALTA QUOTA DELLA IDROSTRUTTURA DI MONTE CAMBIO (RIETI, ITALIA)
ED INFLUENZA DEI PROCESSI METEO-CLIMATICI LOCALI SULLE PORTATE SORGIvE
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M. AMANTI, G. CONTE, M. MARINO, L. MARTARELLI, G. M. MONTI, G. MOTTERAN, P. PERINI & A. SILVI
display a seasonal recharge rate strongly influenced by the snow ac-
cumulation and melting processes. However, in quantitative terms,
rainfall plays the dominant role in feeding the aquifer, providing
about the 74% of the total precipitation over the hydrological year.
The temperature and rainfall time series have evidenced a pro-
gressive variation of the annual mean values during the last 50 years.
In particular, the summer temperatures had a mean increase of 2.5°C,
inducing a progressive increasing of about 9% for the potential eva-
potranspiration referred to the annual cycle (Fig. 6). Rainfall shows a
comparatively less striking decreasing trend. From the 1950s to now-
adays, a mean loss of about 5% of atmospheric precipitation, consid-
ering both the evapotranspiration increment and the rainfall reduc-
tion, has been calculated in the Mt. Cambio hydrostructure recharge
area. The spring discharge time series however indicate that the mini-
mum flow values (and the base flow) of the three major spring of the
Mt. Cambio area have not suffered any reduction with time.
Comparing the time series of the springs of the suspended aquifer
of M. Cambio and that of the basal spring of S. Angelo, located in
a different but neighbouring aquifer respect to that of the Mt. Cam-
bio hydrostructure, it is evident that the former basal spring exhibit
a feedback time delay of about one month from the precipitation
events, depending from different underground pathways.
The results obtained from both the cross-correlation analysis, for
local precipitation and Cavalli intake spring discharge, and the auto-
correlation of spring discharge allow the reconstruction of a general
interpretative picture defining an aquifer having a strong regulation
attitude and relatively low secondary hydraulic permeability, with no
evidence of karst processes. According to that, the Calcare Massiccio,
the only formation in the local succession in which karst processes
may occur, on the basis of the geological evidences is scarcely rep-
resented within the Mt. Cambio hydrostructure. The former general
picture is likely suitable for similar geological-structural and hydro-
geological situations occurring in other sectors of the Mt. Terminillo
and in other reliefs along the Velino River valley margins.
ACKNOWLEDGEMENT
The anonymous referee who worked on the revision of this paper
is sincerely thanked for the useful and accurate suggestions.
dal processo di accumulo e di fusione della neve. Tuttavia, in termini
quantitativi, rispetto alla neve è la pioggia ad avere un ruolo premi-
nente nell’alimentazione dell’acquifero, con il 74% circa delle preci-
pitazioni totali, peraltro distribuito su buona parte dell’anno.
Le serie temporali di temperatura e di altezza di pioggia hanno
evidenziato una progressiva variazione delle medie annuali nel corso
degli ultimi 50 anni. In particolare la temperatura estiva ha subito un
incremento medio di 2,5°C. Ciò ha provocato il progressivo aumento
dell’evapotraspirazione potenziale che, nel ciclo annuale, è pari a circa il
9% (Fig. 6). Le piogge presentano un trend, decrescente, meno marcato
del trend di temperatura. Si stima che dagli anni ’50 ad oggi, tra incre-
mento dell’evapotraspirazione e riduzione delle precipitazioni piovose,
l’area di ricarica delle sorgenti di M. Cambio abbia perso in media circa
il 5% di contributo delle piogge. Osservando le serie temporali dispo-
nibili delle portate, si evince che tutto ciò non abbia inciso sui minimi
storici di portata (e sul flusso di base) delle tre maggiori sorgenti.
Dall’esame comparativo tra le serie temporali delle emergenze ali-
mentate dalla falda sospesa di M. Cambio con quelle di una sorgente
alimentata da falde più profonde appartenenti ad un acquifero distinto
dalla struttura di M. Cambio (sorgente S. Angelo), si evidenzia uno
sfasamento temporale di circa un mese nel picco di risposta agli input
pluviometrici a causa del differente sviluppo dei circuiti sotterranei.
I risultati dell’analisi di correlazione incrociata tra apporti mete-
orici e portata di Presa dei Cavalli e di autocorrelazione della portata
hanno fornito un quadro complessivo tipico di un acquifero dotato
di elevata capacità di regolazione e di permeabilità secondaria piut-
tosto bassa in assenza di carsismo. Peraltro, il Calcare Massiccio,
l’unica formazione della successione in cui può impostarsi del car-
sismo significativo, alla luce dei risultati del rilevamento geologico
è risultata marginale nell’ambito della idrostruttura di M. Cambio. Il
suddetto quadro interpretativo si ritiene ragionevolmente estendibile
ad analoghe situazioni geologico-strutturali ed idrogeologiche pre-
senti nel versante occidentale del M. Terminillo ed in altri rilievi ai
margini della valle del fiume Velino.
RINGRAZIAMENTI
Si ringrazia l’anonimo referee incaricato della revisione del lavo-
ro per i preziosi e puntuali suggerimenti proposti.
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Received February 2010 - Accepted October 2010
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