Climatologia delle coste del Lazio e stima a grande scala delle dinamiche del trasporto solido litoraneo

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1 CONVENZIONE NEL CONTESTO DEL PROGRAMMA DI LAVORO DEL CENTRO DI MONITORAGGIO GIZC NELL'AMBITO DELLO SVILUPPO SOSTENIBILE DEGLI ECOSISTEMI MARINI" Det. Dir. N B3354 del 29/09/2008 Climatologia delle coste del Lazio e stima a grande scala delle dinamiche del trasporto solido litoraneo MAURO SCLAVO 1 e MASSIMO TONDELLO 2 1) Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto di Scienze Marine - Castello 1364, I Venezia 2) HYDROSOIL S.r.L. via Panà 56/A I Noventa Padovana (PD). REGIONE LAZIO ASSESSORATO ALL AMBIENTE E ALLA COOPERAZIONE TRA I POPOLI Roma, 20 aprile 2009

2 Climatologia al largo Quadro generale 1 VALIDAZIONE DATI DA SATELLITE: confronto dati da boe vs. dati da satellite 2 CALIBRAZIONE DATI DEL MODELLO: confronto dati da modello vs. dati da satellite 3 ESTRAZIONE SERIE TEMPORALI NEI PUNTI DI INTERESSE dal luglio 1992 al dicembre CONFRONTO DATI TARATI CON DATI MISURATI: validazione del procedimento 5 DETERMINAZIONE STATISTICA DEL CLIMA: calcolo di statistiche uni e bi-variate Confronto delle altezze significative ottenute dal Topex e le boe NOAA per 1365 eventi concomitanti (Krogstad and Barstow, 1999)

3 Climatologia al largo Calibrazione dati WAM

4 Climatologia al largo Calibrazione dati WAM

5 Climatologia al largo Calibrazione dati WAM La procedura implica considerare, nella regione interessata, le tracce a terra dei satelliti TOPEX/POSEIDON ed ERS 1-2 e la co-locazione spazio-temporale dei dati da satellite e di quelli corrispondenti da modello. Poichè il passaggio del satellite non coincide, né in tempo né in spazio, con l output dei dati da modello, questi ultimi vanno bi-interpolati per ottenere i valori di confronto. Avendo quindi a disposizione un congruo numero di coppie (H s altimetro, H s modello), è possibile procedere alla calibrazione. La calibrazione va effettuata sulla base delle H s, mediante il calcolo del best fit H s modello=a* H s altimetro. La calibrazione va effettuata sulla base delle altezze significative mentre il periodo viene conseguentemente modificato in modo da mantenere la ripidità dell onda. Successivamente, basandosi su registrazioni in situ, la formula di calibrazione viene modificata per tenere conto delle diverse prestazioni del modello in relazione a stati del mare più o meno severi e di eventuali effetti locali.

6 Climatologia al largo Confronto dati tarati vs. dati misurati Hs DA MODELLO ECMWF / Hs SATELLITE Slope = 1.05 Slope = 0.98

7 Climatologia al largo Confronto dati tarati vs. dati misurati DECEMBER 1999 Hs [m] MODEL BUOY day* MODEL Confronto tra dati misurati e dati da modello (dopo la taratura) Ponza, y = 1,0113x R 2 = 0, BUOY

8 Climatologia al largo Evoluzione modello ECMWF data release coeff. Hs 42.0N;11.5E n evento start T end T start T studio end T start T end T start T end T Risoluzione ECMWF WAM: T213=94 km; T319=62 Km; T511=39 km; T799=25km

9 Climatologia al largo Montalto di Castro Tarquinia Civitavecchia Santa Marinella Cerveteri Ladispoli Fiumicino Citta del Vaticano Roma Pomezia Ardea Anzio Nettuno Latina Sabaudia San Felice Circeo Terracina Fondi Sperlonga Impostazione punti di output Itri Gaeta Formia Z:\MA RITTI ME\HS (Lazio 2008)\do cumentazione\ctr Bratti\CTR 10K \ tif Minturno Le serie temporali esaorarie sono state estratte in 13 punti antistanti le coste del Lazio (24112 eventi). LZ 1 LAZIO NORD LZ 2 LZ 3 LZ 4 LZ 5 LZ 6 LAZIO CENTRO LZ 7 Sono stati individuati 11 punti, in corrispondenza della Legenda batimetrica -100, sui quali trasferire il Punti CNR clima ondoso Punti output dei punti (profondità -100 m) CNR. LAZIO SUD LZ 8 LZ 9 LZ 10 LZ 11

10 Climatologia al largo Statistiche bivariate DATA IN PARTS PER HUNDRED THOUSAND DIR1 to DIR2 Hs [m] [ N]

11 Climatologia al largo Statistiche bivariate MEAN WAVE PERIOD [s] DIR1 to DIR2 Hs [m] [ N]

12 Climatologia al largo Confronto serie 7.0 e 16.5 anni length=24112 length=10220

13 Climatologia al largo Confronto serie 7.0 e 16.5 anni length=24112 Confronto serie 7.0 e 16.5 anni H (100,short ) H (100,long) = 0.3 m length=10220

14 Climatologia al largo Confronto serie 7.0 e 16.5 anni length=24112 length=10220

15 Climatologia al largo Confronto serie 7.0 e 16.5 anni m 2 s m 2 s length=24112 length=10220

16 Climatologia alla -100 M 4 M 1 M 5 M 2 M 6 M 3 Impostazione generale LAZIO NORD LZ 1 DETTAGLIO MONTALTO LZ 2 Montalto di Castro LZ 3 Tarquinia Civitavecchia Santa Marinella Cerveteri Ladispoli Griglie di calcolo a scala sub-regionale con passo 500 m. Lo spettro al largo viene ricostruito a partire da Hs, Tm e dir. rappresentative di ciascun elemento della partizione (H,T,θ) e discretizzato in 24 frequenze e 36 direzioni. Come vento viene usato un vento costante ricavato, analiticamente, a partire dai parametri ondosi. La direzione coincide con quella delle onde al largo.

17 Climatologia alla -100 Distribuzione direzionale dell energia

18 Simulazioni di dettaglio Impostazione Griglie di calcolo a scala locale con passo 500 m., annidate in griglie di passo 50m. Lo spettro al largo viene ricostruito a partire da Hs, Tm e dir. rappresentative di ciascun elemento della partizione (H,T,θ) e discretizzato in 24 frequenze e 36 direzioni. Nelle simulazioni di dettaglio non viene utilizzato alcun vento. La batimetria è stata ricostruita sulla base dei rilievi 2000 (ENEL) e 2003 (Multibeam), forniti dalla Regione Lazio, integrati con la batimetria ricavata dalle Carte Nautiche.

19 Simulazioni di dettaglio Test effettuati Simulazioni di dettaglio: griglia di dettaglio 25000x8000 m (passo 50 m) annidata in griglia 28000x88500 m. Output su griglia 20000x5000 m, con passo 50 m. N

20 Simulazioni di dettaglio Test effettuati Test # 1: H s =4.1 m T 01 =7.9 s θ=240 N (onda 1 giorno) Test # 2: Hs=2.9 m T01=7.5 s θ=240 N (onda 7 giorni) Test # 3 e 4: onde 1 e 7 giorni con θ=180 N OUTPUT: campi di Hs, T01,Tp, θ, velocità al fondo, energia dissipata (frangimento + attrito al fondo), suscettività (stress indotto dalle onde/stress critico). N

21 Simulazioni di dettaglio Altezza significativa # 1 # 2 N

22 Simulazioni di dettaglio Velocità al fondo # 1 # 2 N

23 Simulazioni di dettaglio Energia dissipata # 1 # 2 N

24 Simulazioni di dettaglio Stress al fondo dovuto alle onde # 1 N # 2

25 Simulazioni di dettaglio Suscettività # 1 # 2 N

26 Simulazioni di dettaglio Confronto # 1 N # 3 N

27 Simulazioni alla profondità di chiusura Distribuzione direzionale dell energia m 2 s m 2 s m 2 s

28 Simulazioni alla profondità di chiusura Eventi soprasoglia

29 Erosione LE COSTE ITALIANE (Studi costieri, 2006) 7465 km di coste 3515 km di coste alte ed aree portuali 3950 km di coste basse (litorali sabbiosi) 1661 km di coste in erosione (42%) Quadro generale

30 Erosione Cause principali a situazione attuale delle coste italiane è spesso critica, in relazione a fenomeni erosivi determinati da cause diverse e spesso concomitanti. Regimazione dei corsi d acqua (restrizione degli alvei, arginature, costruzione di dighe e briglie, protezioni spondali ed opere di ingegneria naturalistica, sistemazione dei versanti montani, ecc.) Estrazione di inerti in alveo Modifica degli apparati di foce e utilizzo di armature rigide Realizzazione di opere rigide (porti e opere di difesa) Subsidenza e incremento del livello del mare Distruzione degli apparati dunali

31 Erosione Conseguenze In termini pratici, le conseguenze sono: Riduzione della superficie di spiaggia disponibile Incremento del rischio per le infrastrutture litoranee Perdite di pregio per aree turistiche e naturalistiche La maggior parte delle cause non possono essere rimosse e si rende quindi necessario pianificare la gestione della crisi nel breve e nel lungo termine.

32 Bilancio sedimentario Obiettivi In questo contesto risulta di particolare interesse la ricostruzione del bilancio sedimentario su scala regionale, perché: 1. solo in questo modo è possibile valutare appieno la dimensione della crisi che si dovrà gestire nel prossimo futuro; 2. è un utile strumento per la valutazione dei vari fattori che concorrono a determinare i fenomeni erosivi; 3. auspicabilmente, se verrà aggiornato con continuità e dati adeguati, potrà diventare uno strumento di gestione e pianificazione, in grado di dare linee di indirizzo per la redazione dei singoli progetti di difesa o ripascimento. Sediment transport and balance along the coastal fringe of the Po River Delta (Ruol & Tondello, 1996)

33 Bilancio sedimentario Approccio Come viene ricostruito il bilancio sedimentario? 1. valutando il trend evolutivo dei litorali sabbiosi; 2. individuando e quantificando gli apporti solidi naturali ed artificiali; 3. valutando il trasporto solido litoraneo legato all azione del moto ondoso; 4. individuando le opere che interagiscono con il trasporto; 5. individuando i fattori che contribuiscono alla perdita di sedimenti.

34 Bilancio sedimentario Approccio Quali dati sono necessari? 1. database delle linee di riva o raccolta sistematica di rilievi di prefissati profili trasversali (fonte: Regione Lazio); 2. database apporti solidi fluviali e artificiali (fonte: R.L. + bibliografia); 3. dati di moto ondoso, registrati o ricostruiti per un periodo sufficiente a valutare compiutamente il clima medio e la sua variabilità (CNR, attività in corso); 4. valori del trasporto solido litoraneo potenziale, ricavati dal clima ondoso medio (attività che verrà condotta da HS con i codici STWAVE e GENESIS); 5. valori del trasporto solido litoraneo reale, ricavati da studi di dettaglio già condotti nell ambito di progetti precedenti (fonte: R.L. + HS); 6. database delle opere in grado di interagire con il trasporto solido (fonte: R.L.); 7. documentazione storica su altri fattori potenzialmente in grado di interagire, direttamente o indirettamente, sulla dinamica del trasporto solido litoraneo (fonte: R.L. + partner progetto).

35 Bilancio sedimentario Approccio Quali sono le incognite del processo? 1. perdite verso il largo: avvengono con meccanismi difficili da documentare, a meno che non si tratti di pocket beaches; nella scala temporale delle opere di ingegneria sono spesso trascurate, ma non sempre a ragione; 2. apporti solidi fluviali: le misure dirette e continue di fatto non esistono, i metodi indiretti sono poco affidabili e non tengono conto delle opere d arte presenti lungo le aste fluviali; 3. trasporto solido litoraneo: il trasporto potenziale è facilmente stimabile, meno quello reale; in un contesto come quello laziale, dove i litorali sabbiosi sono intercalati da promontori e vari affioramenti rocciosi, trasporto reale e potenziale possono essere significativamente diversi; 4. opere interagenti con il trasporto solido: non sono disponibili, se non per periodi recenti, documentazioni complete relative alla cronologia degli interventi sui litorali e sulle aste fluviali; 5. valutazione del bypass in corrispondenza di promontori e della perdita verso il largo alle foci dei fiumi.

36 Bilancio sedimentario Esempio dei dati disponibili: foce del Tevere