la subsidenza delle piane costiere pugliesi

Workshop:Le coste pugliesi: tra prospettive di

sviluppo ed esigenze di tutela

La subsidenza

Massimo Angelo CALDARA

Dipartimento di Scienze della Terra e Geambientali

Università degli Studi di Bari “Aldo Moro”

Monopoli, 18 gennaio 2013

Hotel Lido Torre Egnazia

La subsidenza delle piane costiere pugliesi

Innalzamento del livello del mareInnalzamento del livello del mare

https://www.e-education.psu.edu/drupal6/files/geog438w/images/module4/sealevelriseforecast.jpg

Scenari globali in f delle emissioni di Scenari globali in f delle emissioni di COCO22

http://www.ipcc.ch/graphics/2001wg1/large/04.03.jpg

http://www.ipcc.ch/graphics/2001wg1/large/1.33.jpg

Gli scenari globaliIngressioneIngressione marinamarina

Tavoliere una delle aree più colpite dalla “futura”

ingressione marina in Italia

• Aree

inondate

650ha

• profondità di

penetrazione

nell’entroterra:

3Km

Proiezione per il futuro: Proiezione per il futuro: innalzamento di 50 cminnalzamento di 50 cm

• Aree salse

e palustri

1095ha

• profondità di

penetrazione

nell’entroterra:

4Km

Tesi di laurea: Triggiani 2007

• Aree

inondate

1700ha

• profondità di

penetrazione

nell’entroterra:

5Km

Proiezione per il futuro: Proiezione per il futuro: innalzamento di 100 cminnalzamento di 100 cm

• Aree salse

e palustri

800ha

• profondità di

penetrazione

nell’entroterra:

6Km


Attività conoscitive per l'elaborazione Attività conoscitive per l'elaborazione del Piano di Bacino Regionale (2000)del Piano di Bacino Regionale (2000)

Studio preliminare sulle aree che potrebbero essere interessate da fenomeni

di subsidenza fatto dal Dipartimento di Geologia e Geofisica nel 2000

Indizi di subsidenzaIndizi di subsidenza

Rinaturalizzazione dell’area a ridosso dell’Oasi Lago Salso, che era stata

interessata dalle colmate

Progressiva penetrazione del mare e creazione di una interessata dalle colmate

storiche

mare e creazione di una salt marsh a sud dell’Ippocampo

Lesioni a manufatti

POR Puglia “Coste” 2000POR Puglia “Coste” 2000--2006: 2006: MMONITORAGGIOONITORAGGIO DEGLIDEGLI INTERVENTIINTERVENTI DIDI DIFESADIFESA

COSTIERACOSTIERA EE DELLDELL’ ’ EVOLUZIONEEVOLUZIONE DEIDEI LITORALILITORALI

Rilievi DGPS

Rilievi esterni Rilievi interni

Rete di capisaldi di precisione realizzati per monitorare la costa con

il sistema DGPS

Ambito 3

Ambito 2

POR Puglia “Coste” 2000POR Puglia “Coste” 2000--2006: 2006: risultati misure GPSrisultati misure GPS

• Differenze fra misure relative ad un intervallo di 29 mesi espresse in metri

• In rosso i valori di subsidenza superiori all’errore strumentale

• intervallo di osservazione troppo breve

Monitoraggio con tecniche SARMonitoraggio con tecniche SAR

Si tenta di utilizzare le tecnologie SAR alle aree costiere al fine di avereun dato attendibile su un periodo di tempo lungo e verificare i trend inatto.Tale metodo sperimentato sull’area campione del Tavoliere potrà, sevalido, essere esportato con facilità a tutte le aree costiere.

Lo studio è stato realizzato con la collaborazione dell'Istituto di Studisui Sistemi Intelligenti per l'Automazione (CNR – ISSIA di Bari)

Il radar ad apertura sintetica (SAR) é uno strumento costituito da unradar di tipo convenzionale montato su una piattaforma mobile (unaeroplano o un satellite).

Immagini radar acquisiteImmagini radar acquisite

ENVISAT dal giugno 2003 al giugno 2008, fine missione aprile 2012intervallo temporale tra due acquisizioni

ERS-1 dal 1991 al 1995ERS-2 dal 1991 al 2001intervallo temporale tra due acquisizioni successive 35 giorni (archivio ESA)

https://earth.esa.int/web/guest/missions/esa-operational-eo-missions/ers

intervallo temporale tra due acquisizioni successive 35 giorni (archivio ESA)

TERRASAR X dal gennaio 2008intervallo temporale tra due acquisizioni successive 11 giorni (Agenzia Spaziale Tedesca)

Immagini radar da acquisireImmagini radar da acquisire

https://earth.esa.int/web/guest/news/featured-stories/image-gallery-may-12

http:// http://www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10002/

Segue una breve descrizione del metodo. Alcune

immagini, protette da copyright, non sono visibili, ma è

riportata la fonte da cui si possono trarre.

La trattazione, completa di un corso di formazione, è

riportata sul

SAR: approfondimentiSAR: approfondimenti

riportata sul

Geoportale Nazionale

Progetto Persistent Scatterers Interferometry

http://www.pcn.minambiente.it /GN/progetto_psi.php?lan=it

Geometria di acquisizioneGeometria di acquisizione

Fig. 6 Geometria di acquisizione

Tratta da: CORSO

Principi base della Tecnica

Interferometrica

http://-www.pcn.minambiente.it/-PC

N/--progetto_psi1.php?lan=it

� Un sistema radar ad apertura sintetica si basa sull'emissione di impulsi elettromagnetici a microonde.

� Gli impulsi di energia sono inviati da un’antenna montata sulla piattaformadel satellite ed il segnale di ritorno (eco), dopo aver colpito gli oggetti alsuolo, viene registrato da opportuni strumenti presenti a bordo generandoun immagine bidimensionale le cui dimensioni sono la distanza dal sensore(range) e la direzione dell’orbita della piattaforma (azimut).

Ogni pixel immagazzina, sotto forma di un numero

complesso, le informazioni di ampiezza e di fasederivanti dall’eco degli oggetti (retrodiffusori o

scatterers) presenti nella cella di risoluzione che

rappresenta.

Immagini SARImmagini SAR

Fig. 5 L’immagine SAR

Tratta da: CORSO DI

FORMAZIONEPrincipi base della Tecnica

Interferometrica

http://-www.pcn.minambiente.it

/-PCN/--progetto_psi1.php?lan

=it

Fig. 6 Misurare le distanze

Tratta da: CORSO DI


Interferometrica



=it

Interferometria SARInterferometria SAR

L'interferometria SAR si basa sulla combinazione di due

immagini SAR della scena, rilevate da posizioni leggermente

diverse nello stesso istante o in un tempo differito e permette

di seguirne l'evoluzione nel tempo con un'elevata sensibilità

agli spostamenti coerenti del suolo.

Applicazioni SARApplicazioni SAR

Data una coppia di immagini SAR e nota le posizione diripresa dei satelliti per ciascuna di esse, sarà possibilericostruire la posizione 3D di ogni pixel della scena.

• Applicazione tipica: analisi della topografia della scena• Applicazione tipica: analisi della topografia della scenaripresa e generazione di DEM (Digital Elevation Model) adalta risoluzione.

Interferometria SARInterferometria SAR

L’interferometria SAR va considerata come strumento per

l’applicazione della tecnica Permanent Scatters, mediante la

quale vengono considerati come “diffusori permanenti” parti di

edifici, strutture metalliche, rocce esposte, in generale elementi

già presenti al suolo, le cui caratteristiche elettromagnetiche non

variano sensibilmente di acquisizione in acquisizione; questo non

accade invece alla vegetazione, il cui aspetto muta di continuo.

La griglia dei PS si può ritenere come una rete di stazioni GPSnon convenzionale“non convenzionale”.

Fig. 34 Che cosa sono i

Permanent Scatters?

Tratta da: CORSO DI


Interferometrica



=it

Confronto di immagini derivanti da riprese multitemporali

Monitoraggio di fenomeni dinamici: frane, subsidenza, faglie, singoli edifici

Interferometria differenziale Interferometria differenziale ((DD--InSARInSAR))

Fig. 22 Misura

interferometrica

Tratta da: CORSO DI


Interferometrica



=it

Fig 39 Principali applicazioni

Tratta da: CORSO DI


Interferometrica

Da:



=it

Tecnica dei diffusori permanenti Tecnica dei diffusori permanenti ((PermanentPermanent ScatterersScatterers o PS) o PS)

identificazione all’interno di una scena di bersagli

isolati ed affidabili estremamente stabili nel tempo

le misure di deformazione sono effettuate sui

Permanent ScatterersPermanent Scatterers

precisione nell’ordine di pochi mm/anno

Monitoraggio degli spostamenti verticali di oggetti concaratteristiche di retrodiffusione stabili (manufatti antropici)nell’intervallo di osservazione.

PermanentPermanent ScatterersScatterers InterferometryInterferometry(PSI)(PSI)

Fig. 24 approccio multi Fig. 24 approccio multi

immagine

Tratta da: CORSO DI


Interferometrica



=it

Tornando al nostro problema: subsidenza area costiera del Tavoliere:

� Immagini acquistate dall’ESA sottoponendo un “Category-1 Project”

� La scelta delle immagini è fatta utilizzando il software DESCW distribuito dall’ESA

� Immagini individuate secondo “sistema di coordinate track-frame” che indicano la traccia al suolo del satellite e la posizione di questo

Interferometria differenziale SAR:Interferometria differenziale SAR:scelta immaginiscelta immagini

che indicano la traccia al suolo del satellite e la posizione di questo sulla sua orbita attraverso il numero del nodo

� Per il nostro studio è stata scelta per la serie ascendente la track 315,frame 827 (spostato di 8 nodi rispetto al frame “standard” 819), per quelladiscendente la track 222, frame 2773 (spostato di 8 nodi rispetto allostandard 2781)

� 3 serie di immagini ERS ascendenti, ERS discendenti, ENVISATascendenti

Interferometria differenziale SAR:Interferometria differenziale SAR:scelta immaginiscelta immagini

� 103 immagini ERS ed ENVISAT che ricoprono un intervallo

temporale dal 1992 al 2008

Giallo: ENVISAT

ascendenti;

azzurro: ERS-1/2

Copertura SAR utilizzataCopertura SAR utilizzata

azzurro: ERS-1/2

ascendenti;

rosso: ERS-2

discendenti

Analisi preliminare in ampiezzaAnalisi preliminare in ampiezza

Distribuzione dei PSC sul frame ENVISAT ascendente

TRIGGIANI, 2011

Analisi preliminare in ampiezzaAnalisi preliminare in ampiezza

Si evidenziano per la zona costiera, ampie aree quasi prive di scatteratori (ERS desc)

TRIGGIANI, 2011

� Il metodo dei Persistent Scatterers (PS) si è dimostratoestremamente valido in aree ad elevato numero didiffusori (aree urbane),

per le aree extraurbane e le aree costiere il numerolimitato di bersagli stabili obbliga a compiere l’analisi suaree più piccole (patch), che vengono analizzateindipendentemente e poi correlate.

Definizione delle patchDefinizione delle patch

� La correlazione avviene settando un offset per ognipatch ossia le velocità vengono misurate rispetto ad unpunto di controllo, cioè a meno di un valore costante

� Laddove è possibile elaborare patch parzialmentesovrapposte si può raccordare con bassi marginid’errore

L’elaborazione, che porta alla stima della velocità di movimento di ogni PS, viene fatta in maniera indipendente per ognuna delle patch

Analisi di fase indipendenteAnalisi di fase indipendente

15 mm/y -15

Velocità medie in mm/aTRIGGIANI 2011

La velocità del punto di controllo sono modificate in modo dariscalare le velocità dei PS e raccordarle a quelle delle altre patchimmaginando un andamento regolare della subsidenza

Analisi di fase Analisi di fase riscalatariscalata

−−−−15 mm/y 15

TRIGGIANI 2011

La ricerca del punto stabile a cui ancorare le velocità di subsidenza è stata condotta utilizzando i tassi di sollevamento calcolati nell’area

Ricerca del punto di riferimento stabileRicerca del punto di riferimento stabile

DE SANTIS et alii, 2010

L’area di Coppa Nevigata risulta quella che da più tempo (410ky) ha subito una variazione minima (0,007mm/y) per cui può essere considerata il punto stabile

Ricerca del punto di riferimento stabileRicerca del punto di riferimento stabile

Coppa Nevigata

0,007 mm/y

(410ky)

Foce Cervaro

Ippocampo

-0,21 mm/y

(125ky)

Particolari elaborazioneParticolari elaborazione

ERS asc 1992-2000

ERS desc 1995-2000

ENVISAT asc 2003-2008

Situazione Ippocampo: tSituazione Ippocampo: tendenzeendenze

Triggiani et alii 2010

Risultati: SARRisultati: SAR

Si evidenzia la presenza di una deformazione cheinteressa l’intero intervallo temporale analizzato,spazialmente distribuito a formare una depressionelentiforme centrata sul villaggio turistico Ippocampo Triggiani et alii 2009b

Particolari IppocampoParticolari Ippocampo

Triggiani et alii 2009bLa subsidenza sta accelerando negli ultimi anni

soprattutto in corrispondenza della salt marsh

Confronto con i dati del progetto Confronto con i dati del progetto VELISAR (INGV, 2007)VELISAR (INGV, 2007)

Da (http://kharita.rm.ingv.it-/gmaps/vel/-Index_it.htm)

Ers Desc 1995-2000 Ers asc 1992-2000

Il progetto Velisar utilizza nell’elaborazione l’intero frame e non singole patch.

L’area costiera è in subsidenza con massimi incentrati su Zapponeta

Confronto con i dati del progetto PST Confronto con i dati del progetto PST (Ministero dell’Ambiente 2010)(Ministero dell’Ambiente 2010)

Da:


ERS Asc 1992-2000



Anche questo progetto utilizza nell’elaborazione l’intero frame e non singole patch.

L’area costiera è in subsidenza a partire dal T. Cervaro raggiungendo il massimo a Zapponeta

Confronto con i dati del progetto PST Confronto con i dati del progetto PST (Ministero dell’Ambiente 2010)(Ministero dell’Ambiente 2010)

ERS Asc 1995-2000

Da:


L’area costiera è in subsidenza a partire dal T. Cervaro raggiungendo il massimo a Zapponeta



Velisar Ministero Ambiente

Dipartimento di Geologia e

Geofisica

CNR - ISSIA Bari

ERS

(1992-2000)

(mm/y)

ERS

(1992-2000)

(mm/y)

ERS

(1992-2000)

(mm/y)

ENVISAT

(2003-2008)

(mm/y)

Zapponeta -14 <vel <-8 -15 <vel< -9 ±-7 * ±0 *

Confronto dati vari progetti Confronto dati vari progetti

Ippocampo -14 <vel <-5 -9 <vel < -4 -10 <vel <-4 -12< vel< -7

salt marsh NO DATA Vel < -20 -6 ** Vel < -25

Tesi PhD Triggiani 2011

* La differenza viene dal difficile raccordo tra la pacht dell’Ippocampo e quella di

Zapponeta, dovuta a pochi PS fra le due aree

** Il valore è solo indicativo poiché ricavato da pochi PS

Tutti i metodi mettono in evidenza che l’area è in subsidenza,solo non vi è perfetto accordo sull’entità.

Negare la sua esistenza e dire che sarebbe il caso di iniziare unmonitoraggio con sistemi GPS vuol dire che molti studiosi hannosprecato tempo e soldi pubblici inutilmente.

E’ invece il caso di individuare le cause del problema e trovarne irimedi.

Validità Interferometria differenzialeValidità Interferometria differenzialee futuri monitoraggi e futuri monitoraggi

rimedi.

Comunque è il caso di continuare il monitoraggio conquesta metodologia acquisendo le immagini ENVISATdal 2008 al 2012 e tutte le future TERRASAR X chehanno un intervallo temporale tra due acquisizionisuccessive di soli 11 giorni.

Al fine di risolvere i problemi legati alla scarsità e/omancanza in alcune aree di PS validi sarebbe il caso diinstallare una rete di coppie di riflettori artificiali ad hoc

• Subsidenza naturale connessa con fenomeni

tettonici e isostatici

• Subsidenza naturale connessa con i fenomeni di

compattazione dei sedimenti di origine recente

La subsidenza nel La subsidenza nel Tavoliere…Tavoliere…

compattazione dei sedimenti di origine recente

• Subsidenza antropica

Coppa Nevigata

0,007 mm/y

(410ky)

La subsidenza nel Tavoliere: La subsidenza nel Tavoliere: fenomeni tettonicifenomeni tettonici

Foce Cervaro

Ippocampo

-0,21 mm/y

(125ky)

Subsidenza naturale connessa con fenomeni tettonici e isostatici è pari a 0,21 mm/a valore registrato negli ultimi 125.000 anni (DE SANTIS et alii, 2010)

• Subsidenza naturale connessa con i fenomeni di compattazione dei sedimenti di origine recente (Olocene spessore interessato 5-20 metri)

La subsidenza nel Tavoliere: La subsidenza nel Tavoliere:

Carotaggio eseguito il località Sciale delle Rondinelle - Manfredonia (FG)

• Subsidenza naturale connessa con i fenomeni di compattazione dei sedimenti relativi a colmate storiche (spessore interessato 2-3 metri)

La subsidenza nel TavoliereLa subsidenza nel Tavoliere

Voli IGM 1955: F. 164 Foggia str.139 f. 8914;1972: F. 164 Foggia str.1 f. 10239

La subsidenza nel Tavoliere: La subsidenza nel Tavoliere: ccause antropicheause antropiche

• compattazione dei sedimenti per carico geostatico o per applicazione di

sovraccarichi.

• consolidazione dei terreni sciolti a grana fine in seguito all’estrazione di

acque sotterranee (emungimento).

Immagine delle campagne del Tavoliere con numerosi pozzi e vasconi

per raccolta di acque. Volo 2005

Lesioni dovute a subsidenza per emungimenti


• processi di erosione e trasporto di particelle fini (“piping”) all’interno di

pozzi mal realizzati o che prelevano portate eccessive. Tale processo

porta alla formazione di vere e proprie cavità nel sottosuolo e genera un

impoverimento tessiturale

Esempio di materiale portato in superficie da pozzo per acqua realizzato con filtri errati


• consolidazione per estrazione di idrocarburi. La subsidenza si manifesta

come risultato della compattazione in profondità delle rocce serbatoio e

conseguente deformazione dei terreni di copertura sovrastanti

Possibili cause subsidenza IppocampoPossibili cause subsidenza Ippocampo

1975

Si noti l’area poco coltivata e Si noti l’area poco coltivata e poco antropizzata

Volo IGM 1975: F. 164 Foggia str.1 f. 10239

Possibili cause subsidenza IppocampoPossibili cause subsidenza Ippocampo

Agricoltura molto sviluppatacon conseguente prelievi infalda in zona di divieto assolutodi emungimento

Immagini tratte da Google Earth

Altre possibili cause subsidenza Altre possibili cause subsidenza IppocampoIppocampo

� Negli ultimi anni, in concomitanza di eventi meteomarini intensi,alcune aree retrodunari vengono allagate e si stanno convertendoin “salt marsh”

Allagamenti

area “Ippocampo”

(Manfredonia)

Processi dovuti a variazioni volumetriche delle argille connesse alla variazione della soluzione circolante, ancora tutti da studiare, collegati:

� all’ingressione dell’acqua marina a seguito di mareggiate

Altre possibili cause subsidenza Altre possibili cause subsidenza IppocampoIppocampo

� al graduale miscelamento e sostituzione dell’acqua dolce dellevarie falde sfruttate e presenti al di sopra delle argillesubappennine con acqua salata (spessore interessato fino a100 metri)

• Aree

inondate

1700ha

• profondità di

penetrazione

nell’entroterra:

5Km

Proiezione per il futuro a cui si dovrà Proiezione per il futuro a cui si dovrà aggiungere la subsidenzaaggiungere la subsidenza

• Aree salse

e palustri

800ha

• profondità di

penetrazione

nell’entroterra:

6Km


AA.VV. (2000) - Attività conoscitive per l'elaborazione del Piano di Bacino Regionale. Rapporto interno Regione Puglia

realizzato dal Dipartimento di Geologia e Geofisica dell’Università degli Studi di Bari.

AA.VV. (2009) – Monitoraggio fisico degli interventi di difesa delle coste già finanziati e realizzati, misura 1.3 – Azione 2b e 4

del POR Puglia 2000-20006. Rapporto interno Regione Puglia.

DE SANTIS V., CALDARA M., DE TORRES T. & ORTIZ E. (2010) - Stratigraphic units of the Apulian Tavoliere plain (Southern

Italy): chronology, correlation with marine isotope stages and implications regarding vertical movements. Sedimentary

Geology, 228, 225-270, 7 figg., 2 tabb., Amsterdam.

MINISTERO DELL’AMBIENTE E DELLA TUTELA DEL TERRITORIO E DEL MARE - DIREZIONE GENERALE PER LA DIFESA DEL

SUOLO. Corso di formazione: Principi base della Tecnica Interferometrica. http://www.pcn.minambiente.it/-PCN/--

progetto_psi1.php?lan=it

MINISTERO DELL’AMBIENTE E DELLA TUTELA DEL TERRITORIO E DEL MARE - DIREZIONE GENERALE PER LA DIFESA DEL

SUOLO. Progetto Persistent Scatterers Interferometry: http://www.pcn.minambiente.it/-PCN/--progetto_psi1.php?lan=it

Lavori citatiLavori citati

TRIGGIANI M. (2007) Ricostruzione storico-ambientale dell’evoluzione della bassa valle del Candelaro mediante tecniche di

analisi e comparazione GIS. Tesi di Laurea Specialistica in Scienze della Natura, Università di Bari

TRIGGIANI M. (2011) Le tecniche di interferometria radar applicate allo studio della subsidenza nel Golfo di Manfredonia (FG).

Tesi di Dottorato in Geomorfologia e Dinamica Ambientale ciclo XXIII, 92 pp., ISBN 978-88-7522-039-6.

TRIGGIANI M., REFICE A., CAPOLONGO D., BOVENGA F., CALDARA M. (2009a) - Studio della Subsidenza nel Golfo di

Manfredonia (FG) con Ausilio di Tecniche D-InSAR. Atti 13 Conferenza Nazionale ASITA, Bari 1-4 dicembre 2009, pp.

1795-1800, ISBN 978-88-903132-2-6.

TRIGGIANI M., REFICE A., CAPOLONGO D., BOVENGA F., CALDARA M. (2009b) - Investigation of subsidence in the

Manfredonia Gulf (Southern Italy) through multitemporal DInSAR techniques. Geophysical Research Abstracts, Vol. 11,

EGU2009-7341-1, 2009EGU General Assembly 2009.

TRIGGIANI M., REFICE A., CAPOLONGO D., BOVENGA F. & CALDARA M. (2010) - Investigation of Subsidence in the

Manfredonia Gulf (Southern Italy) Through Multitemporal DInSAR Techniques, Proc. FRINGE 2009, ESA SP-677, Frascati,

Italy, 30 Nov. – 4 Dec. 2009. http://earth.eo.esa.int/workshops/fringe09/proceedings /papers/p2_53trig.pdf

la subsidenza delle piane costiere pugliesi

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