R
V
PROGETTO VECTOR
T
O
E
C
VulnErabilità delle Coste e degli ecosistemi marini italiani
ai cambiamenti ClimaTici e loro ruolO nei cicli
del caRbonio mediterraneo.
LINEA 2 VULCOST
Vulnerabilità dei 5 sistemi Costieri alle variazioni indotte dai
cambiamenti climatici relativamente a variazioni relative del livello
del mare, a frequenza ed intensità delle precipitazioni e degli eventi
estremi (impatto sul trasporto fluviale e sulle falde acquifere).
Attivita 2.1
Batimetria e morfologia ad alta risoluzione delle aree antistanti
le coste della Laguna di Marano e Grado,
utilizzado ecoscandagli multifascio e sonar a scansione laterale.
Relazione a cura di Emiliano Gordini
RILIEVO BATIMETRICO SINGLEBEAM
DELL' EBB-TIDAL DELTA DI PORTO BUSO
Relazione 117 / 2008 RIMA 22 GEA
Sgonico, 15 Ottobre 2008
CAMPAGNA DI RICERCA 2007
Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale - OGS
Dipartimento per lo sviluppo della RIcerche e delle tecnologie Marine - RIMA
Gruppo di Ricerca in Geofisica Ambientale - GEAMARE
Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale - OGS
Dipartimento per lo sviluppo della RIcerche e delle tecnologie Marine – RIMA
Gruppo di Ricerca in GEofisica Ambientale - GEA
ISTITUTO NAZIONALE DI OCEANOGRAFIA E DI GEOFISICA SPERIMENTALE
Dipartimento per lo Sviluppo delle Ricerche e delle Tecnologie Marine
PROGETTO VECTOR
VulnErabilità delle Coste e degli ecosistemi marini italiani ai cambiamenti
climaTici e loro ruolO nei cicli del caRbonio mediterraneo.
RILIEVO BATIMETRICO SINGLEBEAM
DELL’ EBB-TIDAL DELTA DI PORTO BUSO
Relazione a cura di
Emiliano Gordini
Relazione n° 117 / 2008 RIMA 22 GEA
Sgonico, 15 ottobre 2008
Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale
Dipartimento per lo sviluppo della RIcerche e delle tecnologie Marine
Gruppo di Ricerca GEofisica Ambientale
Progetto
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PROGETTO VECTOR - VulnErabilità delle Coste e degli ecosistemi marini italiani
ai cambiamenti climaTicie loro ruolO nei cicli del caRbonio mediterraneo
Responsabile del Progetto VECTOR
Prof. Cesare Corselli,
Consorzio Interuniversitario per le Scienze del Mare (CoNISMA) - Roma
e Dipartimento di Scienze Geologiche e Geotecnologiche,
Università degli Studi di Milano Bicocca
Responsabile scientifico OGS:
Beniamino Bruno Manca fino al 31/12/2007
Alessandro Crise dal 1/1/2008
LINEA 2 VULCOST- Vulnerabilità dei 5 sistemi costieri alle variazioni indotte dai cambiamenti climatici
relativamente a variazioni relative del livello del mare, a frequenza ed intensità delle precipitazioni e degli
eventi estremi (impatto sul trasporto fluviale e sulle falde acquifere).
Responsabile attività della Linea 2
Prof. Bruno D’Argenio
Istituto per l'Ambiente Marino Costiero (IAMC) - CNR - Napoli
Responsabile scientifico OGS per la Laguna di Grado e Marano
Martina Busetti
Attivita 2.1 - Batimetria e morfologia ad alta risoluzione delle aree antistanti le coste della Laguna di
Marano e Grado; Foci dei fiumi Foglia e Metauro; Foci dei Torrenti Torbido, Amusa, Allaro e Precariti; Golfo
di Salerno e Policastro con particolare interesse al delta del Fiume Sele, delta del Fiume Ombrone,
utilizzado ecoscandagli multifascio e sonar a scansione laterale.
Responsabile OGS per la Laguna di Grado e Marano:
Emiliano Gordini
ACQUISIZIONE DATI SINGLEBEAM
Emiliano Gordini
Michele Deponte
ELABORAZIONE DATI SINGLEBEAM
Emiliano Gordini
Michele Deponte
RELAZIONE A CURA DI:
Emiliano Gordini
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INDICE
1. INTRODUZIONE ..........................................................................................................................................7
2. DESCRIZIONE GENERALE DEL PROGETTO .........................................................................................8
2.1. ATTIVITA’ OGGETTO DEL PRESENTE RAPPORTO TECNICO ..................................................10
3. UBICAZIONE DELL’AREA DI INDAGINE - LAGUNA DI GRADO E MARANO ..............................11
4. RILIEVO SINGLEBEAM DEL EBB-TIDAL DELTA DI PORTO BUSO ...................................................12
4.1. TEMPISTICA DELLE OPERAZIONI .................................................................................................14
4.2. L’ IMBARCAZIONE............................................................................................................................14
4.3. PERSONALE IMBARCATO ...............................................................................................................15
4.4. STRUMENTAZIONE ...........................................................................................................................15
4.5 SOFTWARE DI NAVIGAZIONE, ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DEI DATI
SINGLEBEAM ..............................................................................................................................................16
4.6 SISTEMI DI POSIZIONAMENTO .......................................................................................................19
4.6. ECOSCANDAGLIO SINGLEBEAM ....................................................................................................20
4.6.1 Taratura dello strumento. Valutazione delle variazioni chimico - fisiche della colonna d’acqua. .20
4.6.2 Stima delle variazioni d’immersione del trasduttore nelle diverse condizioni di navigazione.......22
4.6.3 Ortogonalità dell’impulso acustico dell’ecoscandaglio rispetto al fondale marino. ......................23
4.7 CORREZIONI RELATIVE ALLE VARIAZIONI DEL LIVELLO DEL MARE REGISTRATE
DURANTE IL RILIEVO..............................................................................................................................24
5. ELABORAZIONE DEI DATI .....................................................................................................................28
5.1 CARTA BATIMETRICA E MODELLO DIGITALE TRIDIMENSIONALE .....................................30
6. RESTITUZIONE DEI DATI .......................................................................................................................33
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1. INTRODUZIONE
Le problematiche connesse alla evoluzione dei litorali sono estremamente vaste, la stabilità
delle coste è infatti regolata da fenomeni naturali e da fattori antropici, questi ultimi in particolare
aggravatisi nel corso degli anni, che in forma complessa interferiscono fra loro.
I risultati degli studi effettuati nell’ambito del Progetto Finalizzato “Conservazione del Suolo”
– Sottoprogetto “Dinamica dei Litorali” del C.N.R. hanno dimostrato che per tutto il secolo scorso e
fino agli anni 1940-50 c’è stato, di norma, un rapido protendimento delle coste italiane, cui ha fatto
seguito un rallentamento del fenomeno, quindi una stasi, infine una inversione di tendenza, che ha
portato all’attuale situazione di rapido arretramento, modificando la linea di riva a volte in maniera
tale da alterarne sostanzialmente e definitivamente la morfologia.
A tale fenomenologia hanno contribuito senza dubbio gli intensi processi di urbanizzazione
delle fasce costiere, il conseguente sviluppo di insediamenti turistici ed in alcune aree anche
industriali, oltre alla realizzazione di importanti opere di regimazione delle bocche fluviali e lagunari
per fini commerciali e, non ultimi in ordine di importanza, i cambiamenti climatici ed il conseguente
innalzamento del livello marino.
In quest’ottica, particolarmente sensibili alle variazioni ambientali risultano i sistemi
lagunari, ambienti naturalmente fragili ed in continuo mutamento attraverso sensibili cambiamenti
nell’estensione e morfologia del complesso sistema di canali interni, ebb-tidal e flood-tidal delta,
piane di marea ed aree retrolagunari.
L’attività di ricerca oggetto del presente Rapporto Tecnico, che si è concretizzata con
l’acquisizione di nuovi dati singlebeam nell’area marina del ebb-tidal delta di Porto Buso (limite
amministrativo tra la Laguna di Grado e quella di Marano) e presentata nei soli contributi inerenti le
metodiche di acquisizione adottate, rientra nel Progetto VECTOR - VulnErabilità delle Coste e
degli ecosistemi marini italiani ai cambiamenti climaTici e loro ruolO nei cicli del caRbonio
mediterraneo, finanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca.
Il progetto, con le sue diverse linee di ricerca, studierà gli impatti più significativi dei
cambiamenti climatici in atto sull’ambiente marino mediterraneo e il ruolo di questo bacino nel ciclo
planetario della CO2, il principale gas serra responsabile dei cambiamenti climatici in atto.
Le problematiche legate alla vulnerabilità delle coste verranno studiate ed analizzate per
disegnare futuri scenari di impatto, legati ai diversi effetti del cambiamento climatico sulle coste
italiane. In tal senso sono state scelte, quali aree rappresentative per l’Alto Adriatico la Lagune di
Marano e Grado (area caratterizzata da importanti sistemi lagunari e da aree depresse a rischio di
allagamento) e la Laguna di Venezia (fortemente modificata dall’uomo).
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2. DESCRIZIONE GENERALE DEL PROGETTO
Il progetto, con le sue diverse linee di ricerca, studierà gli impatti più significativi dei
cambiamenti climatici in atto sull’ambiente marino mediterraneo e il ruolo di questo bacino nel ciclo
planetario della CO2, il principale gas serra responsabile dei cambiamenti climatici in atto.
Le problematiche legate alla vulnerabilità delle coste verranno studiate ed analizzate per
disegnare futuri scenari di impatto, legati ai diversi effetti del cambiamento climatico sulle coste
italiane. In tal senso sono state scelte, oltre alla Laguna di Venezia (fortemente modificata
dall’uomo, area depressa a rischio di allagamento, di importanza mondiale) altre 5 aree
rappresentative:
(i) Alto Adriatico (Lagune di Marano e Grado: area caratterizzata da importanti
sistemi lagunari e da aree depresse a rischio di allagamento);
(ii) Medio Adriatico (Fiumi Metauro e Foglia: corsi d’acqua per lo più rettilinei sfocianti in
pianure costiere, soggette ad erosione, di media dimensione con piattaforma continentale estesa);
(iii) Calabria ionica (Torrenti Torbido, Amusa, Allaro, Precariti: piccoli corsi d’acqua a
carattere stagionale, provenienti da una catena montuosa di recente sollevamento e ancora
interessata da una geodinamica attiva, sfocianti direttamente in mare, in assenza di una vera e
propria piattaforma continentale, e con delta “sospesi” su di una scarpata continentale fortemente
incisa da canyon);
(iv) Golfo di Napoli e Salerno (Foce del F. Sele area soggetta a rischio di allagamento);
(v) Coste toscane (Foce dell’Ombrone: area depressa, fortemente modificata dall’attività
antropica (bonifiche) e a rischio di allagamento).
La ricerca analizzerà in ciascuna area uno o più bacini idrologici e le aree costiere ad essi
direttamente collegati, focalizzandosi su:
-variazioni nel regime dei venti e loro effetto sul clima ondoso, sulla marea e sulle correnti
costiere;
-variazioni nelle precipitazioni atmosferiche (intensità e quantità) e loro impatto sul trasporto
di sedimento nell’area costiera;
-variazione del livello del mare e isostasia (scenari per i prossimi 25, 50 e100 anni).
Gli scenari proposti alla fine del progetto riguarderanno i cambiamenti nella estensione
delle aree costiere, nelle morfologie delle spiagge emerse e sommerse, nella struttura della
colonna d’acqua e nelle modalità di circolazione costiera, nei trasporti litoranei, nel trasporto di
aerosol dal mare all’area costiera e gli impatti relativi sulle opere e aree occupate dall’uomo sulle
falde di acqua dolce delle pianure costiere. A questi scenari in alcune aree verranno associati
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quelli legati ai cambiamenti negli ecosistemi (bentonici e pelagici) lagunari e marini in termini di
diversità biologica, produttività, distribuzione di specie invasive e di specie commercialmente
importanti, fioriture algali dannose (HABs) e distribuzione di batteri patogeni, in particolare in
relazione a:
-variazioni nelle temperature e nella circolazione costiera;
-instaurarsi di regimi di instabilità sedimentaria;
-eccessivo apporto di nutrienti;
-cambiamenti nella salinità delle acque.
I rischi connessi agli scenari proposti saranno focalizzati sulla ricaduta del cambiamento
climatico sulla biodiversità delle aree costiere, anche da un punto di vista socio-economico e delle
ripercussioni sull’industria turistica, sull’agricoltura e sulla pesca e allevamento.
Per quanto riguarda la tematica del ruolo del bacino mediterraneo nel ciclo della CO2, nel
protocollo di Kyoto, a cui l’Italia ha aderito (co-firmataria) impegnandosi a ridurre l’emissione media
di gas serra del 5.3% nel periodo 2008-2012 rispetto al 1990 sono considerate solo sorgenti e sink
di CO2 terrestri, in quanto il contributo dell’ambiente marino, contrariamente a quelli terrestri, non è
ancora quantificato. Diventa quindi cruciale specialmente per l’Italia disporre di informazioni
relative al potenziale di assorbimento (rimozione) di CO2 da parte dei mari. Infatti, se da un lato le
aree marine costiere sono tra quelle maggiormente soggette ai cambiamenti climatici, l’entità del
sequestro di CO2 da parte dei sistemi oceanici, e del bacino Mediterraneo in particolare, è tuttora
soggetta a notevole incertezza (ca 50% su base decadale), e non sono stati completamente
chiariti i meccanismi che regolano il sequestro della CO2 in mare anche se chiare prove mostrano
che la risposta dei sistemi oceanici sta cambiando negli ultimi due decenni, senza previsioni
sull’evoluzione futura.
Il progetto intende contribuire in modo significativo su queste tematiche alla ricerca
scientifica internazionale, consolidando ed ampliando le competenze finora acquisite dalle equipe
di ricercatori italiani con il vantaggio di qualificarne ulteriormente la ricerca. Le principali attività
riguarderanno:
-la cinetica di trasferimento della CO2 all’interfaccia aria-mare ed il suo immagazzinamento
attraverso il mescolamento tra acque di superficie e acque profonde (intermedie e di fondo);
-la stima della quantità di CO2 assorbita dall’oceano e della sua variazione nello spazio e
nel tempo (sia derivata da modelli accoppiati di simulazione che da misure dirette);
-i feedback (positivi o negativi) esercitati da modifiche nella stratificazione, negli apporti di
macro e micronutrienti e nel funzionamento delle reti trofiche sull’uptake di CO2 da parte del mare;
-i processi di trasferimento verticale legati alla trasformazione del carbonio nella rete trofica
fino alla sua sedimentazione;
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-il seppellimento del C (burial) nel sedimento che la sua fuoriuscita dal sistema su scale
temporali secolari.
Gli obiettivi riguarderanno:
- definire con sufficiente precisione e copertura spazio/temporale sources e sinks di CO2
all’interfaccia aria/mare e costa/mare; migliorare la comprensione dei processi del ciclo del
carbonio che sono sensibili ai cambiamento globali e possono fornire feedback significanti sui
livelli di CO2 atmosferica nei prossimi 200 anni;
- sviluppare proiezioni sul comportamento dell’oceano come sink del carbonio;
- fornire dati sul ruolo dei mari nazionali relativamente agli stock di carbonio che siano
utilizzabili nelle trattative internazionali.
2.1. ATTIVITA’ OGGETTO DEL PRESENTE RAPPORTO TECNICO
L’attività di acquisizione di nuovi dati batimetrici ha interessato l’area marina dell’ ebb-tidal
delta di Porto Buso. Lo studio ha la finalità di evidenziare le problematiche legate alla vulnerabilità
delle coste con la funzione di delineare futuri scenari di impatto legati ai diversi effetti del
cambiamento climatico sulle coste italiane. Tale scelta risulta motivata dal carattere
particolarmente sensibile evidenziato dai sistemi lagunari alle variazioni ambientali. Ambienti
quest’ultimi, naturalmente fragili ed in continuo mutamento attraverso sensibili cambiamenti
nell’estensione e morfologia del complesso sistema di canali interni, ebb-tidal e flood-tidal delta,
piane di marea ed aree retrolagunari.
La scelta di studiare un sistema deposizionale come quello di Porto Buso risulta
ulteriormente rafforzata dal fatto che l’attuale configurazione è il risultato di una forzatura realizzata
negli anni sessanta (1964-1969) con la creazione di due moli guardiani della lunghezza di circa un
chilometro e la cattura di tre canali lagunari (Canali Muro, Canale Anfora Vecchia (1939) ed Aussa
Corno). L’attuale situazione è dunque un sistema che ha quasi raggiunto un equilibrio e che
dunque, in prospettiva di nuovi cambiamenti ambientali (innalzamento del livello marino), dovrà
ritrovarne uno nuovo.
L’attività di ricerca oggetto del presente Rapporto Tecnico, si è concretizzata con
l’acquisizione di circa 250 Km di dati singlebeam nell’area marina del ebb-tidal delta di Porto Buso.
La profondità dell’area indagata risulta essere variabile da un massimo di 16 m nell’asse
del canale principale di Porto Buso ad un minimo di 0,5 m nell’area foreshore dei Banchi D’Orio.
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3. UBICAZIONE DELL’AREA DI INDAGINE - LAGUNA DI GRADO E MARANO
L’area costiera oggetto del presente studio è situata nella parte più settentrionale dell’alto
Adriatico. In particolare, costituisce uno dei sei sbocchi a mare della Laguna di Grado e Marano
denominato Bocca di Porto Buso. Il settore di fondale marino-lagunare indagato è delimitato a
Nord-Ovest dalle spiagge dell’Isola di Sant’Andrea mentre a Nord-Est dai Banchi D’Orio. Il limite
meridionale dell’area viene visualizzato da una rotta parallela alla costa ad una distanza di circa 4
km, disposta approssimativamente lungo la batimetrica 10 (Fig.3.1).
Le coordinate chilometriche dei vertici che delimitano l’area riferite all’ Ellissoide WGS 84,
proiezione UTM33 sono:
Vertice NO 5063500; 361500
Vertice NE 5063500; 365500
Vertice SO 5059500; 361500
Vertice SE 5059500; 365500
L’area si trova cartografata nella Tavoletta dell’IGM alla scala 1 : 25 000 PORTO BUSO ed
è compresa negli Elementi alla scala 1 : 5.000 della Cartografia Tecnica Regionale Numerica delle
Regioni Friuli Venezia Giulia, 108 082 e 108 083.
Figura 3.1 Ubicazione dell’area di indagine.
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4. RILIEVO SINGLEBEAM DEL EBB-TIDAL DELTA DI PORTO BUSO
L’ acquisizione dei nuovi dati batimetrici inerenti il sistema ebb-tidal delta sommerso della
bocca lagunare di Porto Buso è stata condotta con l’ausilio dell’imbarcazione minore in dotazione
all’Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale di Trieste nei giorni 12, 17 e 18
ottobre, e nei giorni 8 e 9 novembre 2006. Il rilievo è stato eseguito utilizzando un’ecoscandaglio
singlebeam.
L’estensione areale del corpo sommerso è stata definita preliminarmente con l’esecuzione
di una griglia di acquisizione costituita da nove profili disposti perpendicolarmente (lunghezza 3-3.5
km) alla costa e sei parallelamente ad essa (lunghezza 4 km) spaziati opportunamente al fine di
realizzare una maglia di 500x500 m (Fig. 4.1). Il rilievo preliminare è stato eseguito il giorno 12
ottobre 2006.
Figura 4.1 Tracce dei profili singlebeam eseguiti (in rosso) per realizzare il rilievo batimetrico
preliminare. Le coordinate chilometriche sono riferite all’ Ellissoide WGS 84, proiezione UTM33.
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L’elaborazione del rilievo batimetrico preliminare ha permesso di definire con sufficiente
precisione l’area interessata dal corpo sedimentario delll’ebb-tidal delta di Porto Buso oggetto del
rilievo di dettaglio che si è concretizzato con l’esecuzione di 41 profili disposti perpendicolarmente
(lunghezza 3-3.5 km) alla costa e 32 parallelamente ad essa (lunghezza 4 km) che hanno
consentito di realizzare una maglia di 100x100 m (Fig. 4.2).
Figura 4.2 Tracce dei profili singlebeam eseguiti (in rosso). Le coordinate chilometriche sono
riferite all’ Ellissoide WGS 84, proiezione UTM33.
Nei seguenti paragrafi sono riportate le caratteristiche tecniche dell’imbarcazione e degli
strumenti utilizzati nel corso dell’indagine con una sintesi delle procedure di taratura dello
strumento e delle correzioni apportate ai dati acquisiti in fase di processing.
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4.1. TEMPISTICA DELLE OPERAZIONI
L’imbarcazione è stata allestita il giorno 11 ottobre 2006. La mobilitazione ha richiesto una
giornata per lo svolgimento di tutti i test (dry e wet) per verificare che la strumentazione fosse
perfettamente efficiente. Non trattandosi di una barca dedicata solamente a questo tipo di rilievi,
parte della strumentazione necessaria allo svolgimento delle attività di acquisizione batimetrica è
stata installata a bordo del natante cercando di sfruttare al meglio lo spazio a disposizione. Il
generatore è stato posizionato a poppa, computers ed apparecchiature elettroniche all’interno di
gavoni stagni.
Il trasduttore dell’ecoscandaglio singlebeam è stato montato con una staffa allo specchio di
poppa dell’imbarcazione rispettando le geometrie consigliate dal produttore. L’antenna è stata
posta sull’esatta verticale del trasduttore.
Le operazioni di acquisizione si sono svolte nei giorni:
- 12 ottobre, rilievo preliminare (maglia 500x500m);
- 17 /18 ottobre e 8/9 novembre, rilievo di dettaglio (maglia 100x100m).
La strumentazione è stata demobilitata il 10 novembre al termine dell’acquisizione dati.
4.2. L’ IMBARCAZIONE
Per l’esecuzione dei rilievi è stata utilizzata una imbarcazione di lunghezza 5,00 m, munita
di motore fuoribordo 40 HP, con dispositivo idraulico di sollevamento, che permette di navigare
anche su fondali a profondità limitata, in dotazione all’Unità di Ricerca GEA dell’Istituto Nazionale
di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale di Trieste (Fig. 4.3).
Fig. 4.3 Imbarcazione utilizzata
per il rilievo singlebeam.
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Nella tabella seguente sono riportate le caratteristiche principali dell’ imbarcazione.
GOMMONE BSC 50
Generalità
Proprietario
OGS gruppo RIMA
Dimensioni
Lunghezza
5m
Larghezza
2.4 m
Peso
345 kg
Motore e Navigazione
Motore fuoribordo
1 x 40 HP Suzuki
Velocità massima
24 nodi
Comunicazioni e Posizionamento
Sistema di rilevamento DGPS
Calcolatore di bordo con software di posizionamento e navigazione integrata
Apparato telefonico mobile
Apparato radio SSB
4.3. PERSONALE IMBARCATO
Nome
Ruolo
Ente
Emiliano Gordini
Navigazione
OGS / RIMA / GEA
Michele Deponte
Elettronico - navigazione
OGS / RIMA / GEA
4.4. STRUMENTAZIONE
La strumentazione installata a bordo dell’imbarcazione utilizzata per questa fase di
acquisizione (Fig. 4.4) è stata la seguente:
-
un ricevitore Ashtech G12 Lite dotato di decodificatore DGPS LandStar MkIV della Thales
Tracs Ltd per la correzione differenziale in tempo reale (Fig. 4.3 e 4.4);
-
un ricevitore palmare Garmin GPS 76 a 12 canali;
-
un ecoscandaglio digitale Garmin con registrazione e visualizzazione grafica dei profili;
-
un ricetrasmettitore CB 40 canali;
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-
un computer portatile Compaq Presario 1200 con il compito di gestire l’acquisizione
simultanea dei dati di profondità e di posizione forniti, rispettivamente, dall’ecoscandaglio e
dal GPS/DGPS con una frequenza di un secondo;
-
sistema di navigazione Reson PDS2000 con cavi e accessori.
-
generatore Honda 1 KW;
-
mareografo.
Tecnica DGPS e GPS Cinemartica in modalità
Continua applicata all’ambiente marino
Rete satelliti GPS
Satellite LandStar
Antenna GPS
Rete LandStar di
stazioni Master
Ashtech G12 Lite
Computer di bordo
Ecoscandaglio
L.m.m.
25,00 cm
Trasduttore
ecoscandaglio
Figura 4.4 Strumentazione di bordo e schema della rete satellitare differenziale DGPS e GPS
utilizzata per la definizione della posizione.
4.5 SOFTWARE DI NAVIGAZIONE, ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DEI DATI SINGLEBEAM
Per l’acquisizione e la gestione dei dati singlebeam è stato utilizzato il software PDS 2000,
creato dalla RESON.
Un’operazione propedeutica all’acquisizione dei dati è stata quella di creare una “crociera”,
cioè un database, che comprenda tutte le configurazioni delle strumentazioni impiegate e la loro
posizione reciproca rispetto all’imbarcazione.
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Fondamentale è stato anche l’inserimento dei parametri geodetici e la definizione di una
proiezione geografica di riferimento per poter ottenere direttamente i dati in coordinate geografiche
riferite all’ Ellissoide WGS 84 ed anche in coordinate chilometriche sulla proiezione UTM33. Di
particolare importanza è stata anche la definizione dei valori “offsets” fra gli strumenti utilizzati.
Questo permette al software di valutare la posizione dello scandaglio rispetto l’antenna DGPS.
Il Software PDS2000 ha consentito di ottenere una elevata precisione nella percorrenza dei
transetti programmati (Fig. 4.5) ed è stato utilizzato per la navigazione, acquisizione dei dati
batimetrici Singlebeam, acquisizione dei profili di velocità, di calibrazione, di visualizzazione grafica
dei profili acquisiti, acquisizione della posizione geografica e proiettata chilometrica ed
elaborazione dei parametri: rotta vera, rotta teorica, velocità dell’imbarcazione, tipologia GPS
utilizzata (GPS, DGPS) e riferimento cronologico UTM (GMT).
Oltre a poter visualizzare e registrare tutti i dati in arrivo dai vari strumenti, questo software
attraverso il modulo di “editing”, è in grado in fase di processing di applicare le correzioni di marea
e dei coefficienti, risultato dei processi di taratura (vedi Capitoli seguenti).
Fig. 4.5 - Schermata del Software PDS2000 in cui sono evidenziati i principali parametri di
navigazione.
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Di seguito (Fig. 4.6) viene riportato il diagramma di flusso in cui sono riassunti i
procedimenti seguiti per l’acquisizione dei profili batimetrici.
COORDINATE
GEOGRAFICHE dal
DGPS – WGS 84
PROFONDITA’ DALL’
ECOSCANDAGLIO
DIGITALE
(campionamento 1 Hz)
(campionamento 1 Hz)
Stringa completa:
Ora (UTC), latitudine, longitudine, profondità, GPS mode, velocità,
direzione, altezza antenna, altezza elissoidica, data.
SALVATAGGIO
su
HARD DISK
CONTROLLO della NAVIGAZIONE.
Vengono visualizzati i dati istantanei della
velocità e della direzione dell’imbarcazione.
VISUALIZZAZIONE a monitor della
posizione attuale e della rotta da seguire.
(ogni secondo)
Fig. 4.6 Diagramma di flusso – Funzioni acquisitore dati batimetrici.
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4.6 SISTEMI DI POSIZIONAMENTO
Figura 4.7 Schema del funzionamento del sistema DGPS utilizzato. Ricevitore Ashtech G12 Lite
dotato di decodificatore DGPS LandStar MkIV della Thales Tracs Ltd..
Il sistema di posizionamento utilizzato è costituito da un ricevitore Ashtech G12 Lite dotato
di decodificatore DGPS LandStar MkIV della Thales Tracs Ltd. Questo tipo di sistema utilizza la
rete OmniSTAR che risulta costituita da numerose stazioni a terra che comunicano con il centro di
controllo. Da quest’ultimo, vengono inviati i dati ad un satellite geostazionario in grado di rimandarli
direttamente all’antenna DGPS installata sull’imbarcazione. Il ricevitore DGPS riceve quindi il
messaggio di correzione direttamente via satellite senza la necessità di allestire una base a terra.
La precisione che si ottiene con questo sistema è mediamente elevata (submetrica).
Caratteristiche
DGPS OmniSTAR
Satelliti necessari per l’inizializzazione
5
Tempo necessario per l’inizializzazione
20-40 minuti
Ricevitore
Doppia frequenza
Precisione
Submetrica
Stazione a terra
Non necessaria
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4.6. ECOSCANDAGLIO SINGLEBEAM
L’ecoscandaglio Singlebeam Garmin utilizzato genera un impulso singolo e quindi è in
grado di determinare la profondità dell’acqua al di sotto dell’imbarcazione. La risoluzione del dato
dipende dalla larghezza del cono di emissione dell’impulso. Essendo l’impulso singolo generato
perpendicolarmente alla superficie non risulta interessato da rifrazione anche in caso di strati con
diverse densità. Per questo è sufficiente conoscere la velocità di propagazione media all’interno
della colonna d’acqua.
Le principali caratteristiche dello scandaglio utilizzato sono riassunte nella tabella seguente:
Ecoscandaglio
Caratteristiche del sistema
Frequenza
200 kHz
Range massimo
300 m
Frequenza di sparo
1 Hz
Cono di emissione
8°
Guadagno
DCG (Depth Control Gain)
Allarmi
Profondità massima e minima
Peso
0,7 kg
Temperatura di utilizzo
-15° - +70° C
Alimentazione
10-18V
Potenza
12W
4.6.1 Taratura dello strumento. Valutazione delle variazioni chimico - fisiche della colonna d’acqua.
Per eliminare eventuali errori determinati dalla diversa propagazione del suono in funzione
dei parametri chimico-fisici dell’acqua è stata effettuata una taratura che ha comportato una serie
di misure della profondità con cordella metrica inestensibile. Questa operazione è stata ripetuta
per diverse profondità su tratti di fondale marino perfettamente pianeggianti (Fig. 4.8), al fine di
evitare riflessioni locali dovute ad asperità del fondo che falserebbero il valore di profondità reale.
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Procedura per la taratura dell’ecografo
Computer di
bordo
Ecoscandaglio
25,00 cm
Fig. 4.8 Offset del sensore dell’ecoscandaglio, taratura dello strumento.
Il confronto fra la misura diretta e quella registrata dall’ecoscandaglio (considerando anche
l’offset) ha permesso di costruire la seguente tabella in cui sono riassunti i coefficienti di correzione
da applicare alle diverse profondità indagate.
Profondità media misurata con
Profondità media rilevata
Coefficiente( Cs) di
la cordella metrica
con l’ecoscandaglio + Offset
correzione da apportare
(m)
Shallow water
Deep water
3.40
11.30
(m)
%
3.40
11.25
0.00
-0.44
Tab. 4.1 Tabella riassuntiva in cui sono evidenziati i coefficienti di correzione per le variazioni
chimico- fisiche della colonna d’acqua da apportare ai valori di profondità misurate con
l’ecoscandaglio.
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GRAFICO COEFFICIENTE DI CORREZIONE Cs - PROFONDITA'
12
11
PROFONDITA' (metri)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
COEFFICIENTE DI CORREZIONE Cs
Fig. 4.9 Grafico coefficienti di correzione per le variazioni chimico- fisiche della colonna d’acqua da
apportare ai valori di profondità misurate con l’ecoscandaglio.
4.6.2 Stima delle variazioni d’immersione del trasduttore nelle diverse condizioni di navigazione.
Per
stimare
le
variazioni
d’immersione
del
trasduttore
alle
diverse
velocità
dell’imbarcazione è stata seguita una procedura analoga a quella di taratura evidenziata al punto
4.6.1, registrando una sequenza di valori “posizione del natante-profondità registrata-velocità del
natante” in corrispondenza di un gavitello di riferimento posto a diverse profondità, le stesse
utilizzate per la taratura del sensore. Questa procedura ha permesso di calcolare
i seguenti
“coefficienti di correzione-velocità” Cd.
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GRAFICO COEFFICIENTE DI CORREZIONE Cd - VELOCITA'
7
VELOCITA' (nodi)
6
5
4
3
1
1,25
1,5
1,75
2
2,25
COEFFICIENTE DI CORREZIONE
Fig. 4.10 Grafico coefficienti di correzione/velocità.
4.6.3 Ortogonalità dell’impulso acustico dell’ecoscandaglio rispetto al fondale marino.
Uno dei più consueti errori nella determinazione della profondità del fondale indagato è
quello della variazione dell’angolo di incidenza dell’impulso acustico con il fondo (Fig. 4.11). Il
cono che il segnale acustico dell’ecoscandaglio realizza è di circa 8° e la profondità registrata è la
media nell’ambito di questo cono. Questa imprecisione nella determinazione della profondità
risulta minima alle modeste profondità indagate. Come si può notare dalla figura seguente una
modesta variazione dell’angolo d’incidenza comporta un aumento del tragitto che il segnale deve
percorrere e dunque un aumento “non reale” della profondità. L’errore assume valori considerevoli
all’aumentare della profondità. Una piccola variazione dell’angolo eventualmente presente viene
ugualmente valutata e corretta dalle tarature riportate ai Punti 4.6.1 e 4.6.2
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Procedura per la taratura dell’ecografo
P1<P2
P1
P2
Fig. 4.11 - Errori derivanti dalla non ortogonalità del cono del segnale del trasduttore rispetto il
fondale.
4.7 CORREZIONI RELATIVE ALLE VARIAZIONI DEL LIVELLO DEL MARE REGISTRATE DURANTE IL
RILIEVO.
Le registrazioni del fondo mare sono state corrette anche del valore d’escursione del livello
del mare verificatosi durante l’acquisizione e riportate al livello di riferimento 0,00 sul livello medio
mare. Tali fluttuazioni sono state misurate attraverso l’utilizzo di un sensore di profondità posto
nelle immediate vicinanze all’area di interesse su un caposaldo ausiliario materializzato su di un
palo in cemento che costituisce la base del faro presente nel canale di Porto Buso (Fig. 1.12).
Vista la limitata distanza tra caposaldo di riferimento e punto ausiliario realizzato in corrispondenza
dell’area di studio, la quota assoluta è stata riportata attraverso una livellazione geometrica di
precisione basata sul caposaldo T24 dello “Studio sulla situazione altimetrica della zona compresa
tra Latisana, Cervignano, Ronchi, Punta Sdobba, Grado, Porto Buso, Punta Tagliamento con la
costituzione di nuovi capisaldi- Relazione di sintasi” realizzato dalla Regione Autonoma Friuli
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Venezia Giulia, Direzione regionale dei lavori pubblici-Dirazione regionale dell’Ambiente, 1990. Per
la verifica delle quote riportate la livellazione è stata realizzata in andata e ritorno ottenendo uno
scarto nella chiusura di 2 mm.
Fig.4.12 Ubicazione del Caposaldo T24 (“Studio sulla situazione altimetrica della zona compresa
tra Latisana, Cervignano, Ronchi, Punta Sdobba, Grado, Porto Buso, Punta Tagliamento con la
costituzione di nuovi capisaldi- Relazione di sintasi”-1990) e Caposaldo Ausiliario, presenti nelle
vicinanze dell’area di indagine, utilizzati per il presente rilievo.
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Il mareografo utilizzato è dotato di un sensore esterno per compensare la pressione
atmosferica nella misura e di una memoria che gli permette di registrare fino a 130000 dati, con
intervallo di misura selezionabile. Nel nostro caso le misure sono state effettuate ogni 5 minuti per
poter ricostruire con precisione il mareogramma.
Nelle figure seguenti sono riportate le curve ottenute dalle registrazioni dell’escursione di
livello locale (Fig. 4.13 e 4.14) ed utilizzate per la correzione dei profili.
Escursione di marea registrata a Porto Buso
del giorno 12 ottobre 2006
0,10
Escursione (m)
0,00
-0,10
-0,20
-0,30
-0,40
-0,50
Ora
Fig. 4.13 – Grafico inerente le variazioni di livello del mare locale a Porto Buso relative al giorno 12
ottobre 2006 ottenuti delle registrazioni del mareografo installato sul caposaldo ausiliario
materializzato su di un palo in calcestruzzo presente del canale di accesso di Porto Buso.
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Escursione di marea registrata a Porto Buso
i giorni 16 e 19 ottobre 2006
0,80
Escursione (m)
0,60
0,40
0,20
0,00
-0,20
-0,40
15.26.08
12.11.08
8.56.08
5.41.08
2.26.08
23.11.08
19.56.08
16.41.08
13.27.48
10.12.48
6.57.48
3.42.48
0.27.48
21.12.48
17.57.48
14.43.26
11.17.44
8.02.44
4.47.44
1.32.44
22.17.44
19.02.44
15.47.44
-0,60
Ora
0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
-0,10
-0,20
-0,30
-0,40
-0,50
-0,60
-0,70
9.
4
11 4.2
.0 4
1 2 4 .2
.2 4
1 3 4 .2
.4 4
1 5 4 .2
.0 4
1 6 4 .2
.2 4
1 7 4 .5
.4 8
1 9 4 .5
.0 8
2 0 4 .5
.2 8
2 1 4 .5
.4 8
2 3 4 .5
.0 8
4
0 . .5 8
24
1. .58
44
3. .58
04
4. .58
24
5. .58
44
7. .58
04
8. .58
24
9. .58
4
11 4.5
.0 8
1 2 4 .5
.2 8
1 3 4 .5
.4 8
4.
58
Escursione (m)
Escursione di marea registrata a Porto Buso
dal giorno 8 al 9 novembre 2006
Ora
Fig. 4.14 – Grafici inerenti le variazioni di livello del mare locale a Porto Buso relativi ai giorni 16 e
19 ottobre e 8 e 9 novembre 2006 ottenuti delle registrazioni del mareografo installato sul
caposaldo ausiliario materializzato su di un palo in calcestruzzo presente del canale di accesso di
Porto Buso.
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5. ELABORAZIONE DEI DATI
L’elaborazione dei dati batimetrici acquisiti può essere semplificata in due fasi principali. La
prima consiste nel ricalcolare i parametri di taratura con maggior precisione per migliorare la
qualità dei dati. Per questo sono state riutilizzate le linee di taratura appositamente acquisite
all’inizio di ogni giornata (Cap. 4.6.1; 4.6.2; 4.6.3). I nuovi valori sono stati applicati in sostituzione
ai vecchi, applicati sul rilievo preliminare, e al caso, su tutte le linee registrate.
La seconda fase del processing ha previsto la correzione di marea eseguita applicando i
valori di escursione del livello del mare riferito allo zero di riferimento sul livello medio mare
misurate (Cap. 4.7.) attraverso l’utilizzo di un sensore di profondità posto nelle immediate
vicinanze all’area di interesse su un caposaldo ausiliario (materializzato su di un palo in cemento
che costituisce la base del faro presente nel canale di Porto Buso).
Al termine di queste due fasi i dati possono essere considerati teoricamente corretti. Resta
da verificare la presenza di eventuali strutture fittizie determinate da false riflessioni. Tutti i dati
considerati non reali ed individuati osservando singolarmente tutti i profili, sono stati eliminati
manualmente. Questo è il passaggio più impegnativo che richiede una costante attenzione da
parte dell’operatore per discriminare le strutture fittizie da quelle reali.
Al termine della “pulizia” è stato necessario verificare la correttezza dei dati utilizzando le
aree dove vi sia stata sovrapposizione fra linee acquisite. Nel caso di due linee acquisite a breve
distanza ma a velocità leggermente diverse (ad esempio dovute alla presenza di una corrente di
marea che accelera o decelera l’imbarcazione in funzione del verso di acquisizione) è possibile
verificare che i valori di taratura applicati (Cap. 4.6) siano corretti. Nel caso invece di linee
acquisite sullo stesso punto ma a intervalli di tempo maggiori (ore o giorni) è possibile verificare se
le correzioni di marea abbiano annullato le differenze dovute alla variazione del livello del mare.
Le fasi di elaborazione appena evidenziate e le procedure attuate per la definizione dei
parametri di taratura specificati nei capitoli precedenti (Cap. 4.6.1; 4.6.2; 4.6.3) sono state
applicate attraverso l’utilizzo del Software PDS2000 della RESON, basato su piattaforma
Windows.
L’errore stimabile sul valore di profondità definito è compreso tra +/- 7 cm.
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Di seguito viene riportato il diagramma a blocchi in cui è sintetizzata la procedura seguita per il
processing dei dati batimetrici singlebeam acquisiti eseguita attraverso l’utilizzo del Software
PDS2000.
PROFONDITA’
DATO GREZZO
COORDINATE GEOGRAFICHE
CALIBRAZIONE
COORDINATE
GEOGRAFICHE
in
WGS 84.
OFFSET ECOSCANDAGLIO
PARAMETRI
DI
CONVERSIONE
CORREZIONE DI MAREA
OFFSET RISPETTO
0,00 l.m.m
COORDINATE
CHILOMETRICHE
PROIEZIONE
UTM33
CORREZIONE MANUALE
DI EVENTUALI STRUTTURE FITTIZIE
VERIFICA PUNTI PRECEDENTI
DATO FINALE
XYZ
Fig. 5.1 Diagramma di flusso inerente le procedure di processing dei dati batimetrici singlebeam
acquisiti attraverso l’utilizzo del Software PDS2000.
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5.1 CARTA BATIMETRICA E MODELLO DIGITALE TRIDIMENSIONALE
I dati batimetrici acquisiti nell’ambito di questo studio hanno permesso la realizzazione di
una carta batimetrica (Fig. 5.3 e 5.4) e di una ricostruzione tridimensionale dell’apparato
sommerso dell’ebb-tidal delta di Porto Buso (Fig. 5.5), risultato della loro elaborazione, eseguita
con l’ausilio del programma Surfer version 8.0 Surface mapping system della Golden Software,
Inc. Colorado, basato su piattaforma Windows.
Per giungere a queste elaborazioni si è realizzato un primo riporto dei dati (già corretti
secondo le modalità esposte precedentemente) che ha permesso di creare un DTM (Digital
Terrain Model), inerente all’area d’indagine.
Successivamente, sempre con lo stesso software, è stato creato con il metodo Triangular
with linear interpolation, il GRID a maglie quadrate che rappresenta la superficie reale basata
sulle informazioni reali disponibili (rilievo eseguito). Il GRID così ottenuto è stato poi utilizzato per
realizzare la carta batimetrica ed il Modello digitale tridimensionale attraverso rispettivamente le
funzioni Contour map e Surface (figure seguenti).
Fig. 5.2 Creazione del GRID con il metodo Triangular with linear interpolation e restituzione dei
tracciati batimetrici attraverso la funzione Post map.
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Fig. 5.3 Realizzazione della carta batimetrica utilizzando la funzione Contour map e impostazione
dei parametri di elaborazione: smooth, level , scale, limits, ecc….
Fig. 5.4 Realizzazione della carta batimetrica utilizzando la funzione Color contour map e
impostazione dei parametri di elaborazione: smooth, level , scale, limits, ecc….
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Fig. 5.5 Creazione del Modello digitale tridimensionale utilizzando la funzione Surface e
impostazione dei parametri di elaborazione: material color, mesh, lighting, overlays, scale, limits,
ecc….
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6. RESTITUZIONE DEI DATI
Al termine delle operazioni di processing è stato possibile ottenere dei dati, ordinati in
colonne XYZ. La colonna X corrisponde alla longitudine, la Y alla latitudine e la Z alla quota. La X
e la Y sono espresse in coordinate chilometriche. Per le coordinate chilometriche si è utilizzata una
proiezione di Universale Traversa di Mercatore (UTM) fuso 33. Le quote Z sono espresse in metri
e sono negative se al di sotto del livello zero. È possibile, per semplicità, costruire un DTM (Digital
Terrain Model) costituito da celle della dimensione voluta. In questo caso tutti i punti che ricadono
all’interno della stessa cella vengono mediati e considerati come fossero un unico punto.
I dati sono poi stati esportati in files di testo XYZ.asc e XYZ.txt. A termine del processing
sono stati esportati i dati sia come nuvola di punti sia come griglia ordinata.
Figura 6.1 Esempio di file XYZ
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