C Di Salvo

GIS-based hydrostratigraphic modeling of the city of Rome (Italy): analysis of the geometric relationships between a buried aquifer in the Tiber Valley and the confining hydrostratigraphic complexes

A preliminary hydrostratigraphic model of the city of Rome (Italy) was completed through the analysis of geological and hydrogeological data, and by using geographic information system (GIS)-based operations. The complex lithostratigraphic setting of a local Quaternary volcano-sedimentary multilayer was simplified into hydrostratigraphic complexes considering textural properties of terrains and hydraulic conductivity values. The Tiber River Valley, in the middle of the urban area, was analyzed separately from the surrounding areas. GIS tools were used in a multiple-step procedure to reconstruct the geometry of bounding surfaces of the main hydrostratigraphic complexes. Particular care was given to the characterization of a confined gravelly aquifer lying at the base of the upper Pleistocene–Holocene alluvium that fills the Tiber Valley. Updated isobaths and thickness maps of this layer were produced. Three-dimensional reconstruction identifies areas of potential recharge between the alluvium aquifer and the surrounding hydrostratigraphic complexes. In the central sector of the city, the gravel deposits are laterally confined by a thick aquitard corresponding to the Pliocene clayey bedrock of the city; in contrast, a potential recharge area can be hypothesized in the northern areas, where the upper Pleistocene–Holocene valley cross cuts the Paleotiber Graben, filled with older and highly permeable gravels and clays.RésuméUn premier modèle hydrostratigraphique de la Ville de Rome (Italie) a été finalisé grâce à l’analyse des données géologiques et hydrogéologiques et à la mise en oeuvre d’applications basées sur un système d’information géographique (SIG). La configuration lithostratigraphique complexe d’un multi-couche volcano-sédimentaire local d’âge quaternaire a été schématisée en des complexes hydrostratigraphiques définis par les propriétés texturales des terrains et les valeurs de la conductivité hydraulique. La Vallée du Fleuve Tibre, au cœur de l’aire urbaine, a été analysée à part des zones environnantes. Les outils du SIG ont été mis en œuvre en suivant une démarche multi-phasée, destinée à reconstituer la géométrie des surfaces délimitant les principaux complexes hydrostratigraphiques. Un soin particulier a été apporté à la caractérisation de l’aquifère graveleux captif présent à la base des alluvions du Pléistocène–Holocène supérieur qui comblent la vallée du Tibre. Les isobathes actualisées et les cartes d’épaisseur de cette couche ont été établies. La reconstitution en 3D identifie des secteurs de recharge potentielle entre l’aquifère alluvial et les complexes hydrostratigraphiques environnants. Dans le secteur central de la ville, les dépôts graveleux sont confinés latéralement par un aquitard épais correspondant au substratum argileux pliocène de la ville ; par contraste, une zone de recharge potentielle peut être supposée dans les quartiers nord où une vallée confluente Pléistocène–Holocène supérieur recoupe le Graben du Paléo-Tibre, comblé par des graviers et des sables plus anciens et fortement perméables.ResumenSe completó un modelo hidroestratigráfica preliminar de la ciudad de Roma (Italia) a través del análisis de datos geológicos e hidrogeológicos, y por el uso de operaciones basadas en un sistema de información geográfica (SIG). La compleja configuración litoestratigráfica de una multicapa local volcano – sedimentario del Cuaternario se simplificó en complejos hidroestratigráficos considerando las propiedades texturales de los terrenos y los valores de conductividad hidráulica. El valle del Río Tiber, en el medio del área urbana, fue analizado separadamente de las áreas circundantes. Herramientas SIG fueron usadas en un procedimiento múltiples pasos para reconstruir la geometría de las superficies circundantes de los principales complejos hidroestratigráficos. Se prestó particular cuidado a la caracterización del acuífero gravoso confinado que yace en la base del aluvio Pleistoceno superior–Holoceno que rellena el valle del Tiber. Se produjeron Isobatas actualizadas y mapas de espesores de esta capa. La reconstrucción 3D identifica áreas de recarga potencial entre el acuífero aluvial y los complejos hidroestratigráficos circundantes. En el sector central de la ciudad, los depósitos de gravas están lateralmente confinados por un acuitardo espeso correspondiente a la base arcillosa del Plioceno de la ciudad; en contraste, se puede introducir la hipótesis de un área potencial de recarga en las áreas del norte, donde el cruce del valle Pleistoceno superior–Holoceno corta el graben Paleotiber, rellenado con viejas y altamente permeables gravas y arenas.摘要意大利罗马城的一个初步水文地层模型通过地质与水文地质数据的分析已完成,并且利用了基于运算的地理信息系统(GIS)。考虑到地形的结构特性和渗透系数,当地的第四系火山多层沉积的复杂地层设置在水文地层综合体中被简化。Tiber河谷位于市区中心,与周围地区分开分析。GIS工具用于多步骤重建主要水文地层综合体的边界面的几何形状。特别注意到了布满整个河谷的位于更新世—全新世冲积层基底之上的承压砾石含水层。该层的更新的等深线和厚度图已完成。3D重建标识冲积含水层和周围水文地层综合体之间的潜在补给区。在城市的中心区,砾石沉积侧向被厚层弱透水层封闭,其与城市的上新世粘土基岩一致;相反地,潜在补给区可以假定为北边的区域,其上更新世—全新世河谷横切Paleotiber 地堑,充填了更老的和高渗透性的砾石和砂。RiassuntoUn modello preliminare della città di Roma (Italy) e’ stato completato attraverso l’analisi di dati geologici ed idrogeologici, ed attraverso l’uso di operazioni basate su sistemi informativi geografici (GIS). Il complesso assetto litostratigrafico del multistrato vulcano-sedimentario del Quaternario è stato semplificato in complessi idrostratigrafici considerando le proprietà tessiturali dei terreni e i valori di conducibilità idraulica. La Valle del fiume Tevere, posta nel mezzo dell’area urbana, è stata analizzata separatamente. Funzionalità GIS sono state utilizzate in una procedura articolata per ricostruire la geometria delle superfici di tetto dei principali complessi idrostratigrafici. Particolare cura è stata data alla caratterizzazione di un acquifero ghiaioso che si trova alla base delle alluvioni pleistoceniche–oloceniche che riempiono la Valle del Tevere. Sono state realizzate nuove mappe delle isobate e dello spessore di questo strato. Tramite una ricostruzione 3D sono state identificate le aree di potenziale ricarica tra l’acquifero alluvionale e i circostanti complessi idrostratigrafici. Nel settore centrale della città i depositi ghiaiosi sono confinati lateralmente da uno spesso aquiclude che corrisponde al bedrock argilloso della città; al contrario, un’area di potenziale ricarica può essere ipotizzata più a nord, laddove la valle pleistocenica–olocenica è incisa nel graben del Paleotevere, riempito da ghiaie e argille più antiche e ad alta permeabilità.ResumoConcluiu-se um modelo hidroestratigráfico preliminar da cidade de Roma (Itália) através da análise de dados geológicos e hidrogeológicos, efetuado com base em operações que utilizam sistemas de informação geográfica (SIG). Para o efeito, a complexa configuração litoestratigráfica multicamada do Quaternário vulcano-sedimentar foi simplificada em complexos hidroestratigráficos, considerando as propriedades texturais dos terrenos e os seus valores de condutividade hidráulica. O Vale do Rio Tibre, no meio da área urbana, foi analisado separadamente das áreas circundantes. Utilizaram-se ferramentas SIG para um procedimento de reconstrução sucessivo da geometria dos limites dos principais complexos hidroestratigráficos. Foi tido um especial cuidado na caraterização de um aquífero confinado de cascalho sob a base do aluvião Plistocénico superior–Holocénico que preenche o Vale do Tibre. Foram produzidos mapas de isobatimétricas e de espessura desta camada. A reconstrução 3D identifica áreas de recarga potencial do aquífero entre o aquífero aluvionar e os complexos hidroestratigráficos envolventes. No setor central da cidade, os depósitos de cascalho são confinados lateralmente por um espesso aquitardo correspondente ao soco argiloso Pliocénico da cidade; em contraste, pode ser considerada como hipótese uma área potencial de recarga nas áreas a norte, onde o vale Plistocénico superior–Holocénico corta o Graben de Paleotiber, preenchido com cascalhos e areias mais antigos, altamente permeáveis.

Groundwater of Rome

ABSTRACT This paper describes the contents of the new Hydrogeological Map of the City of Rome (1:50,000 scale). The map extends to the entire municipality (1285 km2) and is based on both the most recent scientific studies on the groundwater field and new survey activities carried out in order to fill the data gaps in several areas of the examined territory. The map is the result of a combination of different urban groundwater expertise and Geographic Information System (GIS)-based mapping performed using the most recent available data and has been produced with the intention of furnishing the City of Rome with the most recent and updated information regarding groundwater.

Evaluating groundwater resource of an urban alluvial area through the development of a numerical model

AbstractAs established in the European Water Framework Directive, the development of groundwater numerical models is fundamental for adopting water management plans aimed at preserving the water resource and reducing environmental risks. In this paper, authors present a methodology for the estimation of groundwater resource of an alluvial valley, in an urban area characterized by a complex hydrostratigraphic setting and scarcity of hydrogeological data; the study area is the urban and sub-urban area of Rome (Italy). A previous, elaborated hydrostratigraphic model set the base for the development of 3D, steady state, sub-basin scale numerical model, implemented by the finite-difference code MODFLOW 2000®; the water system components were derived by elaboration of available data. The alluvial aquifer of the Tiber River Valley, which runs in the middle of the City in a NNW–SE direction, has been analyzed in detail, since it is covered by a densely populated area hosting most of Rome’s historical heritage, and it is characterized by low quality geotechnical parameters. Results suggest that in areas with high hydrostratigraphic complexity and scarcity of hydrogeological data, a sub-basin scale, and steady-state numerical model can be very helpful to verify the conceptual model and reduce the uncertainty on the water budget components. The proposed steady-state model constitutes the base for future applications of transient state and local scale models, required for sustainable water management.