Deformazioni del suolo di origine antropica in Sicilia rilevate tramite tecniche di interferometria differenziale multitemporale SAR

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Alessio Rinaldi
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1 Deformazioni del suolo di origine antropica in Sicilia rilevate tramite tecniche di interferometria differenziale multitemporale SAR C. Tolomei, S. Salvi, S. Atzori - INGV CNT F. Canova - Università di Pavia

2 Tecniche DInSAR usate Small Baseline Subset (SBAS) Berardino, P., G. Fornaro, R. Lanari, and E. Sansosti, 2002, A new algorithm for surface deformation monitoring based on small baseline differential SAR interferograms, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 40 PS-InSAR Ferretti A., C. Prati, F. Rocca, 2001, Permanent Scatterers in SAR Interferometry, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 39, 1.

3 Geometria dei sensori SAR = 8.5 l = 23 Linea di vista

4 L Interferometria SAR (InSAR) E una tecnica di trattamento di immagini che consiste nel calcolare la differenza di fase tra due immagini SAR di una stessa scena, acquisite in condizioni geometriche analoghe. L interferogramma e l immagine delle differenze di fase di ogni pixel. La fase di ogni pixel dell immagine SAR trasporta l informazione relativa alla distanza (R) tra il sensore e la superficie terrestre in quel punto: =4pR/l In questo caso l interferogramma mostrera una serie di frange di interferenza, ognuna delle quali rappresenta una variazione di fase di 2p rispetto alle frange adiacenti.

5 L Interferometria differenziale SAR (DInSAR) L Interferometria Differenziale SAR (DInSAR) utilizza la componente di fase dell impulso retrodiffuso per la misura di deformazioni superficiali con accuratezza centimetrica. A partire da un interferogramma costruito da due immagini acquisite prima e dopo l evento deformativo, si sottrae la componente topografica con l utilizzo di un Modello Digitale del Terreno; le eventuali frange residue forniscono il campo di spostamento della superficie. Ciascuna frangia differenziale equivale ad una variazione della distanza sensore-superficie, calcolata nella direzione di vista del satellite (slant range), pari a l/2. Nel caso dei satelliti ERS ed ENVISAT tale grandezza e 2.8 cm.

6 La tecnica SBAS L algoritmo SBAS (Small BAseline Subset) è una tecnica DInSAR multitemporale per generare serie temporali dello spostamento del terreno. I principali prodotti ottenuti da tale approccio sono: Mappa di velocità media InSAR (lungo la linea di vista del satellite, LoS), relativa all intervallo di tempo coperto dal dataset di immagini SAR usato; Mappa di coerenza temporale; Immagine di ampiezza (multilook media delle ampiezze di tutte le immagini usate); Serie temporali dello spostamento per ciascun pixel coerente presente nella mappa di velocità.

7 L area degli Iblei

Iblei: i dati Descending dataset 70 ERS images 1992-2000 200 interferograms Ascending dataset

8 Iblei: i dati Descending dataset 70 ERS images interferograms Ascending dataset 48 images ERS interferograms Vincoli di baselines B t = 1200 giorni B n = 200 metri

9 Le mappe delle velocità LoS Ascending Descending

10 La mappa delle velocità Up

11 La mappa delle velocità East

12 Trend delle velocità Up 1.5 mm/yr

13 Velocità a Villasmundo ed Augusta 1 2

14 Le Time Series Caso discendente

15 Velocità a Villasmundo Up East

16 Che succede a Villasmundo?

17 Che succede a Villasmundo? La subsidenza interessa le formazioni delle vulcaniti Mio-Plioceniche (lave e vulcanoclastiti). Nella zona c è un campo pozzi con profondità fino a 350 m e portate fino a 40 lt/s. Sovrasfruttamento dell acquifero

18 Velocità ad Augusta Up East

19 Convegno CNT Isopache - 19 Maggio 2010 del Quaternario

20 Cosa succede ad Augusta?

21 Che succede ad Augusta? La subsidenza interessa le formazioni delle vulcaniti plioceniche (lave e vulcanoclastiti) e delle argille pleistoceniche. Nella zona ci sono numerosissimi pozzi con profondità fino a 400 m e portate fino a 80 lt/s, per uso irriguo e industriale. Sovrasfruttamento dell acquifero La falda si è notevolmente abbassata: -100 m slm già negli anni 80. Questo ha causato la scomparsa di sorgenti e l intrusione di un cuneo salino.

22 Aree test del progetto SIGRIS

23 La tecnica PS (Permanent Scatterers) I PS (Permanent Scatteres TRE Milano) costituiscono uno strumento estremamente efficace per il monitoraggio di fenomeni di deformazione della superficie terrestre, basato sull'impiego di serie temporali d immagini radar satellitari. L elaborazione prende origine da uno studio statistico delle immagini, che porta alla selezione di un insieme di punti particolarmente adatti alla stima dei movimenti del suolo. Tali punti, detti PS (Permanent Scatterers) o diffusori permanenti, sono caratterizzati da un elevata stabilità di fase, che consente di superare gran parte delle limitazioni legate all analisi DInSAR convenzionale.

24 La tecnica PS (Permanent Scatterers) Da una serie di immagini SAR vengono selezionati solo i punti (PS) che mantengono la stabilità di fase in tutte le acquisizioni. L elaborazione dei dati di fase per ogni PS consente di ricostruire lo spostamento del punto per ogni acquisizione. Vantaggi principali: - stima e rimozione del disturbo atmosferico - identificazione del singolo PS - stima delle velocità (accuratezza ~mm/anno) - elevata densità spaziale dei PS in aree abitate - elevata accuratezza dell informazione topografica (~2 m) Svantaggi: - necessità di almeno 20 acquisizioni SAR - densità minima PS (~20 per kmq) - difficoltà di individuazione di moti rapidi (terremoti, frane...)

25 Sicilia occidentale: i dati ENVISAT Track 444 Geometria Discendente Geometria Ascendente immagini, periodo

26 La mappa delle velocità LoS discendenti Velocity mm/yr

27 La mappa delle velocità LoS ascendenti Velocity mm/yr

28 Velocità LoS discendente vicino Marsala

29 Cave di calcarenite

30 Cave di calcarenite

31 Profonde cave di calcarenite!

32 Anche qui... un campo pozzi (14!)

33 Che succede vicino Marsala? La subsidenza interessa le calcareniti pleistoceniche. Nella zona ci sono 14 grandi pozzi per uso idropotabile. Il piano di cava arriva a -28 m prima di trovare la falda (erano -14 solo pochi anni fa). Sovrasfruttamento dell acquifero

34 Castelvetrano

35 Velocità Up ed Est vicino Castelvetrano Up East

36 Che succede a Castelvetrano? La subsidenza interessa le calcareniti pleistoceniche. Nella zona ci sono numerosi pozzi per uso irriguo e idropotabile Sovrasfruttamento dell acquifero

37 Pattern di velocità Est Villasmundo Augusta Castelvetrano

38 Velocità Modello concettuale Vorizz Vvert Distanza

39 Conclusioni Importanti fenomeni di subsidenza dovuti a eccessivo sfruttamento degli acquiferi e ad estrazione di olio combustibile. I pattern di movimento del suolo con tassi > 3-4 mm/yr, e scale fino alla decina di km, sono dovuti a estrazione di fluidi. Il pattern del campo di velocità regionale nella Sicilia Occidentale dà valori vicini agli errori (1-3 mm/yr). La componente verticale del campo di velocità regionale negli Iblei dà valori in accordo con le interpretazioni geomorfologiche. E opportuno integrare maggiormente i dati SAR e GPS.

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