RELAZIONE CONCLUSIVA

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1 Data Revisione 10/09/2008 S.Castelli Azienda con Sistema Qualità ISO 9001:2000 Certificato n ESECUZIONE DI INDAGINI GEOFISICHE NECESSARIE PER LA RICERCA E CARATTERIZZAZIONE DI CAVE MARINE DI SABBIA DA UTILIZZARE PER INTERVENTI DI RIPASCIMENTO DEI LITORALI VENETI IN EROSIONE RELAZIONE CONCLUSIVA Il Legale Rappresentante Dott. Gian Franco Castelli Direttore Tecnico Ing. Matteo Castelli Responsabile progetto Dott. Silvia Castelli Dott. Geol. Massimiliano Bottan Pagina 1 di 19

2 INDICE 1. INTRODUZIONE AREA OGGETTO DELL INDAGINE STRUMENTAZIONE SISTEMI DI RIFERIMENTO ARCHIVI DI BASE METODOLOGIA OPERATIVA Strategia di survey Caratteristiche del sistema Singlebeam Caratteristiche del Sub-bottom Profiler Misura del profilo di velocità del suono Posizionamento Misura del livello idrometrico POST-PROCESSING Dataset derivante dai ricevitori GPS Dataset derivante dal sistema Singlebeam Dataset derivante dal sistema Sub-bottom Profiler CONSEGNA RIEPILOGO DEI PROFILI ACQUISITI...14 ALLEGATI Documentazione fotografica Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 2 di 19

3 1. INTRODUZIONE Il presente rapporto illustra le metodologie operative e l equipaggiamento impiegato da Te.Ma. per l esecuzione di indagini geofisiche al largo della costa veneta. Le indagini prevedevano la realizzazione di circa 950 km di profili sismici ad alta risoluzione verticale, con tecniche CHIRP-Sonar Profiler, e rilievi batimetrici con tecnologia Singlebeam, sulle medesime rotte di acquisizione dei dati sismici. Il survey geofisico è stato condotto con Sub-Bottom Profiler Edgetech 3100-P SB424, di tipo chirp range 4-24 khz montato a scafo sull imbarcazione, ed il survey batimetrico mediante ecoscandaglio singlebeam Hydrobox (SyQwest Inc.) avente doppia frequenza 33/210 khz, anch esso montato a prua sull imbarcazione, interfacciato, sincronizzato ed integrato realtime con il sistema di posizionamento DGPS TRIMBLE, la piattaforma inerziale Applanix POS-MV ed i dati derivanti dal profilo di velocità del suono. Le attività sono state svolte tra 19 giugno ed il 28 luglio 2008, i dati sono stati elaborati e consegnati entro il 20 agosto AREA OGGETTO DELL INDAGINE Le indagini sono state condotte in diverse zone al largo del litorale veneto, identificate con le lettere dalla A alla M, all interno delle quali erano già state definite, come da Specifiche Tecniche fornite dalla Committenza, le coordinate degli estremi delle linee di rilievo. Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 3 di 19

4 3. STRUMENTAZIONE Motobarca idrografica iscritta presso la Capitaneria di Porto di Chioggia con licenza della Marina Mercantile Italiana naviglio commerciale, appositamente modificata per garantire l ottimale posizionamento dei trasduttori a scafo e a prua, la stabilità e la migliore qualità di acquisizione dei dati; Ecoscandaglio singlebeam doppia frequenza HYDROBOX (SyQwest Inc.) avente doppia frequenza 33/210 khz, in grado di operare a profondità inferiori a 1 m, con risoluzione 1 cm ed accuratezza +/- 0,5%, Sub Bottom Profiler EDGETECH 3100-P SB424, di tipo Full Spectrum chirp operante a 4-24 khz, operante con towfish solidale alla murata dell imbarcazione idrografica. Piattaforma Inerziale APPLANIX POS-MV sistema di posizionamento DGPS TRIMBLE (a doppia frequenza) operante in modalità RTK On-the-Fly tramite connessione radio modem (o GSM-modem), sensore di moto tridimensionale e girobussola GAMS a doppia antenna per la compensazione dei movimenti sui 3 assi e della deviazione dell imbarcazione: Precisione rollio/beccheggio 0.01 Precisione nella misura d onda (heave) 5 cm (o 5%) Precisione girobussola GAMS 0.02 Frequenza campionamento 100 misure al secondo Accuratezza timestamping 1 microsecondo Modalità di funzionamento SINCRONA Possibilità di effettuare un affinamento della correzione differenziale anche in postprocessing: Applanix POS-MV è in grado di esportare tutte le osservazioni e di combinarle con le osservazioni GPS delle stazioni GPS permanenti presenti in un raggio di 300 km attraverso il software POSPAC e determinare la SBET (Smoothed Best Estimated Trajectory). L importazione dello SBET nel pacchetto software PDS2000 consente di ottenere una precisione nel posizionamento dei rilevamenti inferiore a 1.5 cm. Sonda Multiparametrica per la determinazione del profilo della velocità del suono nell acqua lungo la colonna d acqua, RESON SVP/15; Software di acquisizione, georeferenziazione in tempo reale e post processing per rilievi idrografici RESON PDS2000 o QPS Qinsy; 2 ricevitori GPS ASHTECH Z-SURVEYOR, con le seguenti caratteristiche: Doppia frequenza: codice C/A e codice P crittografato Metodo Z-tracking per la ricostruzione del codice P 12 canali digitali Elaboratore elettronico a doppio schermo LCD e laptops a supporto. Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 4 di 19

5 4. SISTEMI DI RIFERIMENTO Le coordinate piane cartesiane dei punti trigonometrici e punti stabili sono state riferite al Sistema Nazionale Gauss-Boaga Fuso Est e WGS84-UTM 33N. Le coordinate cartesiane tridimensionali WGS84 sono state riferite al sistema nazionale IGM95. Le quote altimetriche sono state riferite al Sistema Nazionale I.G.M.I. 5. ARCHIVI DI BASE Ai fini dell esecuzione e del vincolo del rilevamento sono stati utilizzati i seguenti archivi di base: Archivio caposaldi della Rete ISES 2000 realizzata dal Magistrato alle Acque Archivio dei capisaldi di livellazione della rete IGM; Archivio dei centrini IGM95 prossimi alle zone di rilievo; Archivio delle coordinate degli estremi delle linee di progetto 6. METODOLOGIA OPERATIVA 6.1 Strategia di survey In fase di acquisizione è stata utilizzata una imbarcazione idrografica iscritta presso la Capitaneria di Porto di Chioggia con licenza della Marina Mercantile Italiana allestita con il Sub-Bottom Profiler Edgetech 3100-P SB424, di tipo chirp range 4-24 khz, sistema singlebeam Hydrobox (SyQwest Inc.) singola frequenza 200 khz interfacciato, sincronizzato ed integrato realtime, il la piattaforma inerziale POS-MV (posizionamento a doppia frequenza, sensore di moto, girobussola) e profilo della velocità del suono lungo la colonna d acqua acquisito con sonda Reson SVP-15. Durante tutta la giornata di rilievo ha operato una Stazione Master, installata in punti di coordinate note collegati alla rete IGMI e dotata di ricevitore Ashtech Z-Surveyor a doppia frequenza, 12 canali digitali e metodo Z-tracking per la ricostruzione del codice P crittografato. Il PC di navigazione, dotato del software PDS2000, ha coordinato l acquisizione dei vari strumenti ad esso interfacciati, ha permesso la pianificazione del survey e la realizzazione del controllo qualità sui dati acquisiti. Il PDS2000 si interfaccia con tutti gli strumenti, sincronizza ed integra le informazioni in entrata, (ovvero sia la posizione e sia la latenza del GPS, i dati singlebeam, i dati del sensore di moto e della girobussola, i valori di velocità del suono della sonda). Il survey batimetrico è stato condotto contemporaneamente al survey geofisico, percorrendo rotte il più possibile aderenti alle linee di progetto definite da Specifiche Tecniche, a velocità costante e in condizioni meteo, per lo più, di mare calmo o quasi calmo. Sono stati inoltre acquisiti dati lungo le rotte di trasferimento tra le varie linee e tra aree diverse. In contemporanea sono stati registrate, per ogni linea percorsa e su copia cartacea, tutte le informazioni utili per l interpretazione campo: data e ora di acquisizione, parametri di acquisizione, condizioni meteo marine ed eventuali altre informazioni utili per l interpretazione. Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 5 di 19

6 Il supervisor del CNR-ISMAR di Bologna è stato più volte a bordo per controllare la metodologia e la qualità dei dati in fase di acquisizione. Sono state inoltre concordate una serie di procedure per il postprocessing e la restituzione dei dati. Applanix POS-MV Ecosc. SingleBeam GPS-RTK Subbottm Profiler Sonda di velocità del suono Schema delle connessioni degli strumenti In fase di postprocessing i dati sono stati integrati con i dati derivanti dalla Virtual Reference Station ed i dati mareografici derivanti dalle Stazioni Mareografiche più vicine. 6.2 Caratteristiche del sistema Singlebeam L acquisizione di dati singlebeam è stata effettuata mediante ecoscandaglio singlebeam Hydrobox (SyQwest Inc.) fissato con relativo braccio metallico alla prua dell imbarcazione, ed avente le seguenti caratteristiche: - frequency output 200 khz - depth resolution 0,01 m - depth accuracy +/- 0,5% - 3 L ecoscandaglio è interfacciato e sincronizzato con il sistema di navigazione, il sensore di moto, girobussola, ricevitore GPS, profilo di velocità del suono, in modo da ottenere realtime il profilo del fondale corretto. Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 6 di 19

7 6.3 Caratteristiche del Sub-bottom Profiler Il sistema utilizzato per la valutazione della geologia superficiale del fondale è un Sub-bottom Profiler EdgeTech 3100-P SB424, che utilizza pulsazione Full Spectrum chirp per la realizzazione di profili ad alta definizione degli strati del sottofondo. Le onde acustiche trasmesse dal subbottom profiler sono riflesse ad ogni variazione di densità e velocità del mezzo in cui si propagano, descrivendo così la geometria deposizionale degli strati del sottofondo e fornendo indicazioni indirette sulla natura dei sedimenti attraversati. Le onde riflesse vengono registrate dal trasduttore ed inviate al processore posto a bordo dell imbarcazione. I dati acquisiti sono visualizzati e georeferenziati, tramite interfaccia con il sistema DGPS-RTK, in tempo reale sul computer di acquisizione ed immagazzinati in files sottoposti ad elaborazione ed analisi successive. Il sistema Edgetech 3100-P genera uno spettro di frequenze comprese tra i 4 ed i 24 khz che garantisce una buona penetrazione dei sedimenti del sottofondo, variabile da 2 a 40 m, in funzione delle caratteristiche di densità e compattezza dei sedimenti. Di seguito, le caratteristiche tecniche: I dati acquisiti sono stati visualizzati e georeferenziati in tempo reale, tramite interfaccia con il sistema DGPS, ed immagazzinati in files in formato proprietario.jsf sottoposti ad elaborazione ed analisi successive. 6.4 Misura del profilo di velocità del suono Con la sonda Reson SVP/15 è stato acquisito il profilo della velocità di propagazione del suono in acqua. Tale grandezza dipende dalla salinità e dalla temperatura dello strato liquido che l impulso sonoro attraversa; i dati acquisiti vengono utilizzati dal processore per calcolare i coefficienti di rifrazione dei diversi strati liquidi, che vengono applicati a tutte le misure Singlebeam. Nella figura seguente è riportato un esempio del Sound Velocity Profile. Sound Velocity Profile ottenuto dalla sonda Reson SVP/15 Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 7 di 19

8 6.5 Posizionamento Il posizionamento dell imbarcazione è stato eseguito utilizzando la piattaforma inerziale APPLANIX POS- MV in modalità DGPS-RTK con correzione differenziale a posteriori. Tale modalità operativa si rivela particolarmente indicata per applicazioni idrografiche offshore in aree distante dalla costa decine di chilometri nelle quali i tradizionali sistemi di trasmissione della correzione differenziale RTK (radio-modem e GSM modem) sarebbero oltremodo difficoltosi se non impossibili. Inoltre la metodologia adottata consente di ottenere un notevole incremento di accuratezza e precisione anche rispetto a sistemi di posizionamento offshore normalmente basati su correzioni differenziali tramite connessioni satellitari a pagamento (Veripos, Fugro Skyfix ecc) assai diffusi nelle applicazioni offshore connesse alle attività estrattive. La procedura adottata da Te.Ma.snc per il posizionamento dei rilevamenti è pertanto risultata articolata nelle seguenti fasi: 1. All inizio di ciascuna giornata di rilievi, un operatore ha provveduto ad installare una Virtul Reference Station (VRS) su un vertice di coordinate note della rete ISES-2000 della Regione del Veneto. L installazione di questa VRS è stata eseguita secondo le procedure standard per l esecuzione del rilievo GPS differenziale statica codificata nel bollettino SIFET n 4 dell anno 1998 a pag. 29 Realizzazione di reti GPS per l appoggio cartografico: norme di capitolato IGM 95. La VRS è stata istituita adottando un ricevitore geodetico Ashtech Z-Surveyor, a doppia frequenza L2/L2, in un raggio massimo di 50 km dalla zona interessata ai rilievi geofisici previsti per la giornata in oggetto. 2. In fase di acquisizione, il sistema inerziale Applanix POS-MV, operante in modalità DGPS Float, ha consentito un posizionamento planimetrico dei rilevamenti di accuratezza contenuta entro 1 m. 3. In fase di post-processing, si è proceduto a combinare le informazioni relative al posizionamento, all assetto dell imbarcazione registrate durante l acquisizione con i le osservazioni GPS registrate dalla Virtual Reference Station nel medesimo lasso di tempo. Il pacchetto software che ha consentito questo tipo di elaborazione è denominato Applanix PosPAC e consente di calcolare a posteriori, partendo da un punto di coordinate WGS84 note (nel caso in oggetto la VRS), la correzione differenziale da applicare ai dati di posizione registrati in fase di acquisizione, allo scopo di ottenere la Smoothed Best Estimated Trajectory (SBET) dell imbarcazione durante l intera giornata di indagini geofisiche. L accuratezza planimetrica della SBET ottenuta al termine di questo processo è compresa tra 0.01 m e 0.03 cm, come si evince dal grafico sottostante. Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 8 di 19

9 4. Il risultato di questa elaborazione (SBET file) è stato quindi importato nel pacchetto software di elaborazione per rilievi idrografici RESON PDS2000 e tutte le posizioni relative ai rilevamenti batimetrici / geofisici effettuati sono state sostituite con i risultati delle elaborazioni di cui al punto 3 del presente paragrafo. Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 9 di 19

10 6.6 Misura del livello idrometrico La determinazione del più probabile livello di marea da applicarsi ai rilevamenti si rivela tradizionalmente piuttosto difficoltosa nelle applicazioni offshore, per le quali l installazione di mareografi prospicienti le aree di indagini è estremamente difficoltosa e non sempre fornisce risultati affidabili. Inoltre la conformazione dell Alto Adriatico è notoriamente caratterizzata da una notevole escursione di marea e la stima del più probabile livello idrometrico in un punto potrebbe essere affetta da notevoli ritardi rispetto ai valori idrometrici delle stazioni mareografiche installate sottocosta. Allo scopo di ottenere un risultato che fosse il più possibile attendibile, Te.Ma.snc ha elaborato una procedura operativa basata su una modellazione lineare del più probabile livello di marea, in funzione dei livelli misurati dalle stazioni mareografiche che circoscrivono l area di indagine geofisica. In particolare si è proceduto come segue: 1. Per tutti i giorni della campagna di indagine geofisica, sono stati ottenuti dagli Enti preposti i livelli idrometrici relativi alle stazioni mareografiche di seguito elencate: Chioggia Diga Sud, Lido Diga Sud, Torre Mareografica ISMAR-CNR, Trieste APAT. 2. I dati mareografici sono stati armonizzati al livello medio mare e convertiti in tempo UTC. Quindi sono stati interpolati allo scopo di generare la curva di marea di ciascuna stazione mareografica. 3. Come rappresentato nella figura sottostante, il livello di marea più probabile relativo alla posizione della imbarcazione al tempo t è dato dalla formula: L _ idrometrico _ imbarcazione= L1 L2 L3 L D1 D2 D3 D D1 D2 D3 D4 Gli L1, L2, L3, L4 rappresentano i livello idrometrici normalizzati delle stazioni mareografiche al tempo t, mentre le D1, D2, D3, D4 rapppresentano le distanze (al tempo t) dell imbarcazione idrografica rispetto a ciascuna stazione. In pratica il livello idrometrico relativo alla posizione dell imbarcazione in un determinato istante è stato desunto come valore medio (ponderato rispetto alla distanza) del livello idrometrico registrato dalle stazioni mareografiche. Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 10 di 19

11 Tale procedura di calcolo del più probabile livello di marea viene effettuata dal pacchetto di elaborazione per rilievi idrografici RESON PDS2000 in fase di post-processing e tutti i rilevamenti sono stati quindi ricalcolati e corretti dei valori idrometrici risultanti dalla procedura sopraelencata. In conclusione, la scelta strategica di adottare la procedura descritta nel presente paragrafo ha consentito di ridurre notevolmente gli errori dovuti alle complicate dinamiche delle variazioni ed ai ritardi dei livelli idrometrici tipici delle applicazioni idrografiche in Alto Adriatico e di applicare (in post-processing) il più probabile livello di marea a tutti i rilevamenti geofisici effettuati nelle aree di indagine, con una precisione compresa tra i 0.05 m e 0.10 m. 7. POST-PROCESSING Dataset derivante dai ricevitori GPS Nella fase di postprocessing sono stati rielaborati tutti i dati GPS, verificandone la rispondenza con quelli utilizzati durante il rilievo ed apportando, se necessario, le dovute correzioni Dataset derivante dal sistema Singlebeam In fase di elaborazione e post-processing dei dati si è provveduto a ricalcolare e verificare le posizioni e le profondità dei dati Singlebeam con metodologie alternative. Sono stati inoltre applicati criteri di filtraggio geometrico-statistici per eliminare eventuali peaks di ritorno acustico dell ecoscandaglio dovuti all eterogeneità del fondale. Le procedure di elaborazione adottate sono sotto riportate: Replay del Rilievo. Tale operazione ha permesso di rieseguire letteralmente tutto il monitoraggio, dall inizio alla fine, esattamente nelle stesse condizioni in cui è stato effettuato in campo, ma apportando le eventuali correzioni ritenute necessarie per una corretta restituzione. I parametri che possono essere modificati sono: La geometria della barca La disposizione delle periferiche a bordo L altezza dell antenna GPS I parametri di trasformazione geodetica Il SVP da applicare ai rilevamenti del sonar Importazione del file SBET. Come spiegato nel capitolo 6.5, si è proceduto ad importare il file SBET generato secondo le procedure precedentemente elencate. Al termine di questa operazione, tutti i rilevamenti sono stati rielaborati, ottenendo pertanto un dataset di informazioni batimetriche con accuratezza planimetrica inferiore ai 3 cm. Importazione dei livelli idrometrici e generazione del modello lineare di marea. Come descritto nel capitolo 6.6, si è provveduto ad importare nel pacchetto idrografico PDS2000 il modello di marea calcolato secondo le procedure sopraelencate. Al termine di questa fase, tutti i rilevamenti Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 11 di 19

12 batimetrici sono stati rielaborati e ricalcolati secondo marea, ottenendo un dataset singlebeam definitivo di rilevamenti caratterizzati da una precisione planimetrica inferiore ai 3 cm e compresa tra i 5 ed i 10 cm per quello altimetrico, a meno dell incertezza dell ecoscandaglio singlebeam. Filtraggio Dati. Sul dataset Singlebeam è stato eseguito il filtraggio in funzione della Deviazione Standard delle quote e l applicazione dell Intersect Filter. Utilizzando un software specifico è stata verificata l integrità delle stringhe NMEA-0183 dei ricevitori GPS e della stringhe provenienti dall ecoscandaglio Singlebeam, quindi si è proceduto al filtraggio di quei dati la cui Standard Deviation risultasse maggiore di 15 cm Dataset derivante dal sistema Sub-bottom Profiler In fase di post-processing, i dati acquisiti con Sub-bottom Profiler ed immagazzinati in formato proprietario.jsf sono stati elaborati mediante software dedicato Edgetech Discover SB 3200-XS e Coda Octopus Product Ltd.). In particolare, per ogni linea, sono state eseguite le seguenti procedure: Estrazione del navigato. Sono stati estratti una serie di punti sequenziali corrispondenti alla direzione di navigazione, ad un intervallo di 10 secondi. Di ogni punto sono stati forniti, in formato ASCII, nome, linea di appartenenza, data e ora di acquisizione, latitudine e longitudine nel sistema WGS84 in formato gradi,xxxx (4 decimali) e gradi primi,xxxx (4 decimali) Estrazione dei mark. Sono registrati, direttamente sul profilo sismico.jsf, una serie di mark sequenziali a distanza costante. Di ogni mark sono stati forniti, in formato ASCII, nome, linea di appartenenza, data e ora di acquisizione, latitudine e longitudine nel sistema WGS84 in formato gradi,xxxx (4 decimali) e gradi primi,xxxx (4 decimali). Il software dedicato Edgetech Discover SB 3200-XS è stato inoltre fornito al CNR-ISMAR per la corretta visualizzazione ed interpretazione dei dati. Interfaccia Coda Geosurvey Seismic Edgeteche del Discover SB 3200-XS Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 12 di 19

13 8. CONSEGNA Sono stati consegnati al CNR-ISMAR di Bologna ed alla Committenza i seguenti elaborati, su supporto magnetico: - Raw data dei profili sismici, in formato.jsf. - Edit data dei profili sismici, in formato.jsf, contenenti i mark sequenziali. - File del Navigato derivato dai dati sismici, raggruppato per aree contenente, per ogni punto: nome, linea di appartenenza, data e ora di acquisizione, latitudine e longitudine nel sistema WGS84 in formato gradi,xxxx (4 decimali) e gradi primi,xxxx (4 decimali), in formato ASCII. - File dei Marks derivato dai dati sismici, raggruppati per aree e contenente, per ogni mark: nome, linea di appartenenza, data e ora di acquisizione, latitudine e longitudine nel sistema WGS84 in formato gradi,xxxx (4 decimali) e gradi primi,xxxx (4 decimali), in formato ASCII. - File delle quote di fondo, raggruppate per aree, contenente, per ogni punto: nome, latitudine e longitudine nel sistema in WGS84 in formato gradi, xxxxxx (6 decimali), quota del fondo, in formato ASCII. - Report delle attività di campo, in formato.xls, contenente, per ogni linea: data di acquisizione, assetto della barca, profondità del towfish, settings, condizioni meteo marine, eventuali note. - Report conclusivo delle attività. E stato inoltre consegnato PC portatile Vaio VGN SZ5VN/X 2 GB di ram contenente tutti i dati sopraelencati. Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 13 di 19

14 9. RIEPILOGO DEI PROFILI ACQUISITI Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 14 di 19

15 Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 15 di 19

19 Indagini territoriali ALLEGATI 9.1 Documentazione fotografica Subbottom profiler Edgetech 3100P con allestimento a palo PC di acquisizione e PC di navigazione Te.Ma. snc P.zza San Rocco Faenza (RA) Tel/Fax Pagina 19 di 19