La sub unità denominata "Ombrone" occupa per intero la porzione meridionale della Toscana e un a porzione del Lazio, ed è suddivisa in 5 sottobacini idrografici principali Ombrone, (suddiviso a sua volta in 7 sottobacini principali) Albegna, Bruna, Osa, Melone Fiora.
Confina a nord-est con il bacino regionale del Toscana Costa, a nord con il bacino nazionale dell’Arno ad sud est con il bacino nazionale del Tevere. La superficie totale è di circa 5825 km², si tratta di un territorio rurale con bassa intesità di insediamento se riconsidera che le tre citta principali (Siena, Grosseto e Follonica assommano da sole oltre la metà degli abitanti). Di assoluto rilievo sono invece la presenze turistiche che assommano a quasi due milioni all’ anno. Il principale fiume è l’Ombrone, la cui asta fluviale si sviluppa per 161 km; con un suo bacino idrografico di 3.494 km2 , è il più grande fiume della Toscana meridionale ed ha la maggior portata di sedimenti in sospensione dei Fiumi toscani. Questo è dovuto dall’alta erodibilità delle rocce sulle quali il fiume imposta il suo corso. L’altro fiume principale è il Fiora. Da un punto di vista geografico la sub unità è caratterizzata dalla presenza di tre gruppo montuosi Monte Amiata, a sud est (che è il principale rilievo con i suoi 1738 m di altitudine s.l.m.m. Colline Metallifere Poggio di Montieri, a nord est Monti del Chianti , nord da cui si originano tutti i fiumi siano essi affluenti di altri che sfocino in modo autonomo a mare. Come già accennato la sub unità è suddivisa in 6 sottobacini idrografici principali Ombrone, (suddiviso a sua volta in 7 sottobacini principali) Albegna, Bruna, Osa, Melone Fiora (suddiviso a sua volta in 4 sottobacini principali) Ombrone L’ Ombrone nasce sul versante sud-orientale dei Monti del Chianti preso S.Giusmè e, dopo un corso molto articolato attrverso valli anche strette e profonde sfocia nel Mar Tirreno a Sud-Ovest di Grosseto. I suoi affluenti di destra sono il Torrente Arbia ed il Fiume Merse, mentre quelli di sinistra sono il Fiume Orcia ed altri minori come il Torrente Melacce ed il Torrente Trasubbie.Il Torrente Arbia, affluente di destra del Fiume Ombrone, nasce alle pendici del Poggio Caballari (m 648), presso Castellina in Chianti nella provincia di Siena. Si immette a Buonconvento. L’Ombrone termina il suo corso con un ampio delta all’interno del Parco Naturale della Maremma. La vasta area deltizia è contraddistinta da lembi assottigliati di pineta a pino domestico, da lievi dossi (tomboli) colonizzati da piante di ginepro e da una zona umida caratterizzata da prati temporaneamente allagati e vecchi canali per la regimazione delle acque. In prossimità della foce sono situati il Casello Idraulico e l’Idrovora San Paolo, opere idrauliche che testimoniano l’opera di bonifica effettuata in Maremma. Sotto il livello del mare rimangono i resti del Ridotto di Bocca d’Ombrone. Nelle parti più fertili della piana ancora oggi viene praticato l’allevamento del bestiame brado ad opera dei "butteri". L’area intorno a Bocca d’Ombrone, per sua stessa natura, si presenta come un mosaico ambientale all’interno del quale sono presenti aree temporaneamente o stabilmente allagate da acque con diverse percentuali di salinità, aree a pinete, aree a pascolo ed, infine, aree colonizzate da arbusti tipici della macchia mediterranea. Il fiume Ombrone nel suo tratto terminale assume tutte le caratteristiche di un ambiente lentico, caratterizzato cioè da uno scorrimento estremamente rallentato delle acque che risultano particolarmente povere in ossigeno e ricche di particelle inorganiche ed organiche in sospensione. Attualmente il delta è interessato da un forte processo erosivo iniziato nella seconda metà del XIX secolo dopo una fase secolare di accrescimento. Questa inversione di tendenza è da mettere in relazione con l’inizio delle opere di bonifica per colmata che privarono di una notevole quantità di sedimenti l’apporto fluviale alla costa. Il fenomeno erosivo è proseguito anche successivamente alla fine della bonifica, e tutt’oggi va progressivamente interessando settori sempre più estesi del delta. Questo stato di deficit sedimentario del litorale è da attribuire all’esiguo trasporto solido del fiume determinato dalle opere di sistemazione dei versanti e dell’alveo stesso e, in modo determinante, dall’estrazione di inerti da quest’ultimo. Attualmente il delta è in forte erosione e l’avanzamento del mare sta favorendo l’infiltrazione delle acque salate nella falda acquifera. Tale fenomeno è aggravato dal maggior prelievo dai pozzi, dall’aumento dell’uso dei fertilizzanti in superficie e dalla subsidenza cui la pianura maremmana è soggetta. Fiume Merse Il Merse, con il suo primo tributario, il torrente Fama è uno degli affluenti più importanti dell’Ombrone nel tratto grossetano. Ha una lunghezza di 70 km. Nasce dal Poggio Croce di Prata e si getta nell’Ombrone poco dopo aver ricevuto il Farma ai Piani di Rocca. A parte una lunghissima ansa, ha un andamento quasi parallelo al Farma, dal quale dista una decina di chilometri. Questi due fiumi, grazie alla ricchezza di vegetazione e di elementi faunistici che caratterizzano le loro sponde, mantengono in molti tratti l’aspetto "naturale". Il Merse risente tutt’oggi dell’attività estrattiva delle miniere di Boccheggiano, amplificati dall’assenza di acqua nel periodo di magra. Fiume Orcia Il Fiume Orcia è il più importante tra gli affluenti di sinistra dell’Ombrone. Nasce dalle pendici dell’ Amiata assieme ai suoi principali affluenti in destra orografica che danno il maggior apporto di acque. Esso è interessato da scarsa pressione urbana nella parte alta del suo percorso, dove comunque insistono attività lavorative come draghe o colture agricole intensive cerealicole, fino alla località di Bagno Vignoni nel Comune di S. Quirico d’Orcia e specialistiche vinicole nella zona di Montalcino. Fiumi Albegna Il fiume Albegna, nasce dalle pendici del monte Buceto (m 1152), nella provincia di Grosseto, sfocia nel mar Tirreno a Torre Saline, in località Albinia, senza entrare nella laguna di Orbetello ma restando a nord di poche centinaia di metri. La superficie totale del sottobacino è di 748 km2, l’asta fluviale ha una lunghezza di 66 km. Nascendo in prossimità del Monte Amiata risente della anomalia geochimica da mercurio di questa area. L’alta valle presenta una geomorfologia varia e accidentata, con pareti rocciose di calcare massiccio. Fiume Bruna Il fiume Bruna La superficie totale del sottobacino del Bruna è di 441 km2nasce dalle Serre, a m 214, presso Forni dell’Accesa in provincia di Grosseto e sfocia nel mare Tirreno a Castiglione della Pescaia. Canalizzato per quasi tutto il suo corso. Il Fiume Fiora Da un punto di vista fisico il bacino è alquanto asimmetrico. Gli affluenti di sinistra ed i relativi sottobacini di pertinenza sono notevolmente più importanti di quelli di destra. La circolazione superficiale delle acque è fondamentalmente alimentata durante la stagione estiva da acquiferi di natura vulcanica posti ad alta quota. I più importanti sono costituiti da due grossi agglomerati di rocce vulcaniche molto fratturati e permeabili che hanno una notevole capacità di accumulo dando luogo ad un discreto rilascio di acqua durante la stagione estiva. E’ consuetudine consolidata attribuire a questi acquiferi i nomi di "sistema del Monte Amiata" e "sistema di Latera-Bolsena". Il Fiume Fiora nasce da varie sorgenti ai piedi del monte Amiata, entro il Parco di Santa Fiora, alla quota di 646 m s.l.m., ma in realtà il Fiora propriamente detto, inizia sotto il ponte di Cadone, dove si uniscono i 3 fossi Famelico, Diluvio e Cadone, che nascono rispettivamente dal Poggio Pinzi (1.155 m), dal poggio della Montagnola (1.581 m) e dal Monte Amiata (1.743 m). Il Fiume Fiora raccoglie poco a valle del Cadone il Torrente Scabbia, alla sua sinistra orografica. Tra gli affluenti di sinistra sono da menzionare anche il Fiume Lente, che nasce dal versante esterno del bacino del Lago di Bolsena e scorre nei pressi degli abitati di Sorano e Pitigliano, il Fosso La Nova, il Fiume Olpeta. Il percorso dell’asta principale, che si sviluppa complessivamente per circa 80 Km, presenta prima un tratto montano con forte pendenza e aspetto tipicamente torrentizio e successivamente un tratto di notevole lunghezza impostato su un materasso alluvionale costituito prevalentemente da ghiaie e sabbie medio grosse. Questo tratto è caratterizzato da una interessante circolazione del subalveo dovuta all’alta permeabilità dei sedimenti alluvionali, circolazione fortemente connessa con le acque superficiali del Fiora. Nella prossimità della foce il fiume percorre prima un tratto incassato tra rocce di varia natura (ponte dell’Abbadia) ed infine attraversa la pianura litoranea fino a confluire nel mare. Il Fiume Lente ha origine a nord dell’abitato di Sorano da una serie di affluenti minori, ha un bacino di circa 80 km² e si sviluppa per circa 30 km di lunghezza ricevendo il contributo dei fossi Meleta e del Lorentino in prossimità di Pitigliano e del fosso Puzzone poco prima della confluenza con il Fiume Fiora. Il Fiume Olpeta ha origine, come emissario, dal lago calderico di Mezzano; si sviluppa per circa 36 km su un bacino imbrifero di 114 km² ed è interessato da più affluenti tra i quali i maggiori sono il fosso Ragaiano e il fosso della Faggeta in destra e il fosso di S. Paolo in sinistra. Il Fiume Timone nasce a nord di Canino, si sviluppa in lunghezza per circa 30 km in un bacino imbrifero di 92 km² ed ha come unico affluente principale il fosso Canestraccio.

I quantitativi idrici di risorsa rinnovabile e potenzialmente utilizzabile, sia superficiale che sotterranea, variano soprattutto in funzione delle particolarità idrogeologiche dell’area esaminata (grado e tipo di permeabilità delle rocce, estensione delle aree di ricarica -corrispondenti agli affioramenti nei quali vi è una maggiore infiltrazione di acqua meteorica-, caratteristiche degli acquiferi e dei circuiti di alimentazione delle sorgenti, ecc.). Il territorio analizzato è solo localmente interessato da acquiferi ben sviluppati, dato che le rocce di buona ed elevata permeabilità non sono generalmente continue; si ha infatti un gran numero di formazioni geologiche ed una considerevole varietà di litotipi, i quali si estendono di solito su aree assai ridotte, anche se non mancano affioramenti più vasti di successioni flyschoidi cretacico-terziarie e di sedimenti argillosi mio-pliocenici; di conseguenza, le numerose manifestazioni sorgentizie presenti risultano solitamente di scarsa consistenza e, spesso, con caratteri di intermittenza. Importanti acquiferi, spesso di tipo multistrato cioè composti di più falde sovrapposte, sono costituiti dai livelli sabbiosi e ghiaiosi contenuti nei sedimenti fluviali recenti delle piane costiere: essi presentano una trasmissività solitamente elevata (indicativamente da 10-1 a 10-2 m2/s) e sono ben riforniti sia per infiltrazione diretta delle acque meteoriche che per filtrazione dal reticolo fluviale (pianura di Grosseto, bassa pianura dell’Albegna). Anche i depositi fluvio-lacustri quaternari delle pianure interne lungo i principali corsi d’acqua sono localmente dei buoni acquiferi, di solito a falda libera e con una trasmissività più variabile (indicativamente da 10-2 a 10-4 m2/s). Gli affioramenti di rocce vulcaniche, in genere altamente permeabili per fessurazione e porosità, presentano la loro massima espressione quantitativa nella zona di Pitigliano e nel rilievo del M. Amiata; quest’ultimo costituisce un ottimo acquifero (anche per la buona qualità delle sue acque) alimentante molte sorgenti, delle quali diverse con discrete portate di magra. I depositi marini e continentali mio-pliocenici, benché caratterizzati da un’alta porosità primaria, raramente costituiscono buoni acquiferi dato che le intercalazioni sabbiose, conglomeratiche e calcarenitiche contengono generalmente elevati percentuali di argille e limi; inoltre, è da aggiungere che le loro giaciture solitamente pseudo-orizzontali mal si prestano all’immagazzinamento di significativi volumi idrici. Le rocce consolidate di maggiore estensione areale nella zona considerata sono le unità flyschoidi cretacico-terziarie, sia quelle di facies toscana che quelle alloctone di facies ligure ed austroalpina: in ambedue i casi, la presenza di argilliti, talvolta predominanti nella successione sedimentaria, limita la circolazione verticale di acqua rendendo le formazioni parzialmente o totalmente impermeabili (nel loro complesso possono quindi considerarsi degli "acquiclude"). I relativi acquiferi alimentano generalmente piccole sorgenti, ma soprattutto sostengono il flusso di base del reticolo idrografico. La successione carbonatica mesozoica è interessata dalla presenza di formazioni le cui caratteristiche di porosità secondaria, dovuta cioè ad un fitto reticolo di fessure, hanno favorito lo sviluppo di un alto grado di permeabilità: esse sono, pertanto, caratterizzate da un’elevata capacità di infiltrazione e da una notevole circolazione sotterranea che talvolta alimenta sorgenti con discrete portate di magra (queste formazioni costituiscono anche le principali fonti di ricarica idrica dei serbatoi geotermici). Il Calcare Cavernoso (Trias) è spesso altamente permeabile, ma le sue acque sono generalmente di scarsa qualità a causa sia della loro durezza che del loro contenuto in solfati; anche il Calcare Massiccio (Lias) e la Maiolica (Cretaceo inf.) possono essere molto permeabili, dato che la purezza dei loro carbonati favorisce, per dissoluzione, l’allargamento delle fessure. La circolazione idrica nelle altre formazioni carbonatiche della serie mesozoica è meno sviluppata sia a causa delle frequenti intercalazioni argillitiche e marnose sia per l’alto contenuto in silice nei carbonati che ne riduce la solubilità; una minore circolazione sotterranea, pur con caratteri analoghi a quelli precedenti, è presente anche nelle calcareniti eoceniche costituenti il livello superiore della Scaglia toscana ed è legata alla loro notevole discontinuità spaziale. Gli affioramenti di rocce carbonatiche nella zona considerata sono, però, generalmente ridotti: i più importanti acquiferi di questo tipo sono presenti nel settore M. Maggio-Montagnola Senese, ad ovest di Siena (in quest’ultima zona la roccia serbatoio è in realtà costituita, in buona parte, da una formazione conglomeratica ad elementi di Calcare Cavernoso di ambiente lacustre e di età Miocene sup.; la distinzione cartografica tra le due differenti formazioni, assai difficoltosa nelle osservazioni di campagna, è d’altronde di poco conto dal punto di vista idrogeologico visto che sono entrambe ad elevato grado di permeabilità, anche se di diverso tipo), nella zona tra Massa Marittima e Chiusdino ed, infine, nell’estremo settore meridionale (tra i Monti dell’Uccellina e Capalbio): in queste aree sono presenti numerose sorgenti, solitamente localizzate al contatto tra i calcari e le circostanti rocce di minor permeabilità, che riforniscono acquedotti locali, ma che raramente raggiungono alti valori di portata (Vene di Ciciano, sorgente del Luco, quest’ultima naturalmente intermittente secondo un ciclo pluriennale, oggi scomparsa a causa del locale prelievo idrico tramite pozzi per l’approvvigionamento potabile della città di Siena). Le rocce metamorfiche del Gruppo del Verrucano (Trias), i cui principali affioramenti sono ubicati nella Dorsale Monticiano-Roccastrada, sono caratterizzate da una permeabilità per fessurazione assai variabile in relazione ai diversi litotipi presenti (filladi, conglomerati, quarziti); la limitata circolazione sotterranea alimenta, quindi, soltanto numerose sorgenti di bassa portata e di regime intermittente. Un importante complesso idrogeologico è costituito essenzialmente da depositi appartenenti al complesso idrogeologico delle piroclastiti e, in subordine, da terreni del complesso delle lave ed ignimbriti litoidi. Le principali sorgenti sono: Gradoli, Fontana Grande, Le Vene, S. Lorenzo, Barano, sorgente lineare sul torrente Olpeta. Sono presenti, inoltre molteplici manifestazioni termali e sulfuree e diversi incrementi delle portate negli alvei dei principali torrenti che si irradiano dalle pendici dei rilievi vulcanici.

Il regime pluviometrico è caratterizzato da una marcata stagionalità che provoca, durante le maggiori precipitazioni, profonde erosioni sulle pendici. Salvo le zona dell’ Monte Amiata, del Poggio di Montieri, e dei Monti del Chianti le cui vette hanno altezze comprese tra i 900 (Poggio di Montieri, e Monti del Chianti) ed i 1700 (Monte Amiata) metri sml, con un clima invernale assi più rigido, anche con precipitazione nevose di rilievo il bacino, ha un clima principalmente temperato – mediterraneo con una temperatura media di 6°C in stagione fredda e di 24°C in quella calda. I deflussi di alcuni dei corsi d’acqua principali sono rilevabili dai dati di portata registrati nelle stazioni idrometrografiche pubblicati negli Annali idrologici Parte II; L’esame dei dati evidenzia che le portate massime si verificano soprattutto nel periodo autunno-inverno (con una maggiore frequenza in novembre); esse, in rapporto alle portate medie, si presentano generalmente con valori superiori di 25÷35 volte, ad eccezione del F. Orcia (fino a circa 44 volte). Per quanto riguarda le portate minime, si può notare che esse si manifestano di solito nei mesi estivi (con una maggior frequenza in agosto) e che, sempre in rapporto alle portate medie, hanno generalmente valori minori di 5÷15 volte, ancora con l’eccezione dell’Orcia che si presenta con valori inferiori di circa 40 volte. Inoltre, è da sottolineare che alcuni corsi d’acqua (Bruna, Merse, Albegna) sono caratterizzati da portate minime assai costanti nell’arco dell’anno, cioè con scarti limitati tra quelle relative al periodo autunno-inverno e quelle estive: ciò è sicuramente da mettere in relazione alla presenza, negli stessi bacini, di numerose manifestazioni sorgentizie perenni, con portata complessiva relativamente elevata, che alimentano il deflusso superficiale anche durante i periodi più siccitosi.

Gli acquiferi principali della sub unità Ombrone sono, oltre a quelli costieri, sia alluvionali che carbonatici, quello dell’Amiata e quelli delle Vulcaniti del bacino del Fiora, appartenenti al complesso idrogeologico Vulcanico. In particolare le criticità riscontrate sono le seguenti: presenza di Nitrati, Solfati, Manganese, Ferro (NH4, Cl) e sovrasfruttamento per l’acquifero della pianura di Grosseto. Anche per l’acquifero della Pianura dell’Albegna (seppure con un solo anno di monitoraggio ed una sola stazione nel periodo considerato) sono stati rilevati impatti dovuti a Nitrati. Un caso particolare è quello dell’acquifero dell’ Amiata che pur avendo sostanzialmente uno stato buono, riscontra la presenza di Arsenico: secondo alcuni studi pare che ci siano delle interferenze, aggravate dall’attività geotermica, tra fluidi geotermici e falda freatica; inoltre, le portate delle sorgenti sono diminuite. Pertanto, considerando anche che la risorsa dell’Amiata è fondamentale e strategica per l’approvvigionamento idropotabile di una buona parte della Toscana meridionale, sarà senz’altro opportuno che sia tenuto sotto stretto controllo sia dal punto di vista chimico che quantitativo.
In base a quanto sopra descritto i corpi idrici in stato scadente sono quelli della Pianura di Grosseto e della Pianura del’Albegna, per i quali il raggiungimento dell’obiettivo buono è posto al 2027, l’acquifero della Valdichiana (già descritto nel capitolo dell’Arno) interessa solo marginalmente questa sub unità.