Misure correntometriche alla Bocca di Porto di Chioggia. Correntometro Workhorse Monitor 600KHz ADCP. (Acoustic Doppler Current Profiler)

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1 Misure correntometriche alla Bocca di Porto di Chioggia Correntometro Workhorse Monitor 600KHz ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) In collaborazione con: Consiglio Nazionale delle Ricerche ISMAR - Istituto di Scienze Marine Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale Dipartimento di Oceanologia e Geofisica Ambientale Venezia, 02 Aprile 2008

2 Nell ambito delle ricerche istituzionali volte alla salvaguardia della città di Venezia e della sua laguna, l Istituzione Centro Previsioni e Segnalazioni Maree in collaborazione con il Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto Dinamiche Grandi Masse di Venezia e l Osservatorio Geofisico Sperimentale di Trieste ha realizzato nel corso del 2001 un sistema di monitoraggio automatico continuo dei parametri di velocità, direzione della corrente e della portata, nella bocca di Porto di Chioggia. Il sistema di monitoraggio è stato progettato con lo scopo di ottenere informazioni dettagliate e statisticamente rappresentative sulle correnti e sulla portata alla bocca di porto nelle varie fasi di marea, con particolare attenzione alle variazioni indotte alle stesse dal vento. Per la sua realizzazione si sono rese necessarie fasi successive: una fase iniziale di approfondimento sulle modalità e procedure d impiego di correntometri acustici ad effetto Doppler e di verifica degli strumenti disponibili sul mercato adeguati agli scopi del progetto; una fase d indagine sul campo alla bocca di porto bocca Chioggia, nella zona in cui si procederà alla posa in opera dello strumento, con misure di corrente e portata utilizzando il correntometro acustico prescelto; una fase operativa di posa sul fondo dello strumento di misura e messa in funzione dello stesso. Prima fase Dopo un attenta analisi delle strumentazioni presenti sul mercato e in considerazione delle esperienze acquisite dall Osservatorio Geofisico Sperimentale di Trieste la prima fase si è conclusa individuando il seguente strumento di misura fornito dalla ditta Communication Technology, rappresentante della RD Instruments: Correntometro Workhorse Monitor 600KHz ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler), fornito dei sensori di Temperatura, Heading, Pitch/Roll e del Bottom Tracking upgrade. Il funzionamento dello strumento, con qualche semplificazione, viene qui di seguito riassunto, (per i necessari approfondimenti del caso riferirsi al BroadBand ADCP Primer dell RD Instruments ( Lo strumento misura la velocità e la direzione della corrente trasmettendo onde sonore ad alta frequenza nel flusso della corrente e poi determinando lo spostamento Doppler in frequenza dell eco di ritorno delle particelle riflettenti. Questi oggetti riflettenti possono essere qualsiasi cosa capace di riflettere l energia acustica verso l ADCP, come plancton e sedimenti sempre presenti nell acqua; si assume che essi si muovano passivamente con la stessa velocità orizzontale dell acqua, anche se questo corrisponde alla realtà considerando una media. In pratica lo strumento invia un segnale ad una data frequenza e legge i cambiamenti di frequenza dell eco di ritorno, che sono proporzionali alla velocità relativa tra l ADCP e i riflettenti stessi (effetto Doppler). Lo strumento ha quattro trasduttori inclinati che puntano in differenti direzioni, i quali emettono impulsi (pings) di energia acustica ad una data frequenza di lavoro, dipendente dalle caratteristiche di ciascun strumento. 1

3 L ADCP, ricavando le singole componenti della velocità dei riflettenti lungo l asse di ciascun trasduttore, calcola il movimento relativo delle particelle sospese. Diversi impulsi (pings) possono essere mediati insieme per produrre un singolo ensemble di dati; l operatore può specificare il numero di misure da mediare insieme. La corrente è misurata attraverso tutta la colonna d acqua in una serie di segmenti uniformi chiamati celle; l ADCP processa ciascuna cella separatamente e quindi fornisce una misura di velocità per ciascuna cella, che è la media delle velocità, misurate all interno dell intera cella. Il numero di celle e le dimensioni delle stesse ( depth cell ) sono programmabili dall operatore al fine di adattarsi alle specifiche condizioni d impiego e fornire, inoltre, il richiesto grado di risoluzione verticale. Gli strumenti utilizzati nel progetto sono prodotti dalla RD Instruments, e in particolare: nella configurazione Workhorse Monitor ADCP progettato per effettuare misure in tempo reale anche da postazioni fisse. Seconda fase In questa fase, nel corso dell anno 2001, si sono effettuate delle misure di corrente e di portata alla Bocca di Porto di Chioggia, al fine di determinare, il punto più adatto in cui procedere alla posa dello strumento. Per tali misure di portata si è utilizzata l imbarcazione m/v Litus del C.N.R. Istituto per lo Studio della Dinamica delle Grandi Masse di Venezia, con applicata, a paratia, una staffa in alluminio sulla quale è stato fissato un ADCP, con la faccia dei trasduttori rivolta verso il fondo, configurato per 2

4 effettuare profilazioni correntometriche in lettura diretta, utilizzando il software WinRiver della RD Instruments. Quando il profilatore acustico è montato su un imbarcazione in movimento, le misure di corrente devono essere corrette tenendo conto del movimento dello strumento rispetto al fondo. L ADCP perciò è in grado di misurare il suo movimento relativo al fondale, velocità e direzione, man mano che la barca procede da una riva all altra del canale d indagine, trasmettendo oltre all impulso utilizzato per calcolare la velocità dell acqua, un impulso separato e più lungo che traccia il fondo, che è usato anche per misurare la profondità, nel punto in cui si ottengono i profili di velocità della corrente. Per ottenere i profili di corrente della bocca unitamente alla misura dei flussi si percorrono dei transetti con l imbarcazione da una sponda all altra della stessa partendo da punti prefissati e percorrendo il canale a bassa velocità. L ADCP acquisisce le misure di corrente in un area che si estende da una certa distanza davanti alla faccia dei trasduttori fino ad una zona non misurabile posta in prossimità del fondo. La geometria della sezione del canale si completa inoltre, con due aree laterali vicine alle sponde destra e sinistra dove non vengono effettuate misure. Le zone in cui lo strumento non acquisisce dati ai fini del calcolo della portata sono quindi di seguito descritte. - Strato prossimo al fondo: pari al 6% della distanza totale faccia trasduttori fondale; - Zone laterali: in prossimità delle sponde del canale la profondità è in genere troppo bassa per effettuare buone misure; - Strato di superficie: in superficie c è sempre una zona in cui lo strumento non acquisisce dati, infatti il correntometro deve essere immerso per una certa profondità nell acqua, inoltre esiste un ritardo tra gli impulsi emessi e l istante di ascolto degli echi di ritorno. Il programma utilizzato per l acquisizione dati in tempo reale WinRiver della RD Instruments calcola la portata per la zona del transetto in cui lo strumento effettua le misure e, per le parti non misurate del profilo, cioè lo strato di superficie, la zona vicina al fondo e le due zone laterali, 3

5 effettua una stima dei valori di flusso sulla base di parametri prefissati. Di seguito è esposto un esempio di un transetto effettuato ad un canale di bocca della Laguna di Venezia. Si sono esaminati per ciascun transetto la portata totale e, sottosezionando lo stesso, la velocità media della corrente corrispondente ad una colonna d acqua dell ampiezza voluta ed in alcuni punti prestabiliti della sezione della bocca. Quindi la portata totale di ciascun transetto è stata confrontata con la velocità ottenuta in diversi punti di ciascun profilo. La posizione migliore per installare lo strumento è stata quindi individuata nell area posta di fronte al faro gestito dalla Marina Militare, in corrispondenza dell approdo dell impresa IMPREGILO - CLODIA facente parte del Consorzio Venezia Nuova. Terza fase L ADCP di Chioggia è divenuto operativo dal giorno 12 febbraio 2002 ed è stato installato sul fondo del canale su apposito supporto, a circa 70 metri di distanza dalla diga sud, nel punto di coordinate: N, E, ad una profondità di circa 9 metri. 4

6 Il correntometro è stato collegato con un cavo armato ad una centralina per la trasmissione dati in tempo reale, progettata e fornita dalla ditta Communication Technology, rappresentante della RDI che fornisce gli ADCP. Tale centralina è stata posizionata su una delle pareti del faro, in zona protetta da possibili vandalismi all interno del recinto che delimita l area militare. I dati trasmessi in tempo reale sono elaborati quotidianamente dal personale di due enti scientifici CNR ISMAR di Venezia ed OGS di Trieste. I dati orari di corrente e flusso vengono quindi messi in rete in forma grafica, a disposizione di possibili utenti. Lo strumento richiede una periodica manutenzione ad opera di un sommozzatore per la pulizia degli occhi attraverso i quali viene trasmesso e ricevuto il segnale per la misura. Il sommozzatore provvede pure al controllo del cavo e del pacco batterie posizionate accanto allo strumento, e che servono per il funzionamento in caso di mancanza di alimentazione fornita attraverso il cavo stesso. Dal Novembre 2005 il sistema ha cominciato a dare segnali di mal funzionamento dovuti allo schiacciamento del cavo di collegamento, avvenuto, probabilmente in modo accidentale, durante i lavori che l impresa sta svolgendo per la costruzione del MOSE. Si è quindi deciso di proseguire provvisoriamente le misure con la sola registrazione nell ADCP, e di trasferire successivamente lo strumento in zona più sicura individuata di fronte alla cabina 5

7 mareografica dell Istituzione Centro Previsioni e Segnalazioni Maree, collegandolo nuovamente alla centralina di trasmissione che sarà a sua volta collocata all interno della citata cabina. L ADCP, è stato quindi recuperato ai primi di Febbraio, e dopo un controllo strumentale da parte della Communication Technology, è stato installato nella nuova posizione alla fine di Marzo In considerazione della correlazione tra marea e intensità dei flussi attraverso la bocca di Chioggia l elaborazione dei dati registrati è finalizzata allo studio delle seguenti tematiche: Stima del contributo della corrente mareale utilizzando il metodo dell analisi armonica ed applicandola su tutta la serie temporale disponibile, in modo di poter risolvere il maggior numero delle componenti mareali; Stima delle variazioni indotte dal vento, con attenzione particolare al vento di bora; Questo studio dovrebbe evidenziare l influenza della bora su un rafforzamento del deflusso d acqua dalla bocca di Chioggia, che appare in concomitanza con un rafforzamento dell influsso nella bocca di Lido. Calibrazione periodica della relazione tra la corrente ed il flusso d acqua; Quest attività ha una grande importanza visti i possibili cambiamenti della geometria della bocca dovuti ai lavori di costruzione di MOSE. Sono stati messi a disposizione dell utente l archivio dei dati storici e la rappresentazione grafica dei dati correnti aggiornati quotidianamente. Bibliografia Technical Note n.191 C.N.R. dicembre 2001 Rapporto Tecnico sulle Misure correntometriche alle Bocche di Porto di Venezia. Technical Note n.195 C.N.R. dicembre Rapporto Tecnico sulle Misure correntometriche alle Bocche di Porto di Venezia. User s Software Manuals - RD Instruments. Workhorse Technical Manual RD Instruments Workhorse Sentinel ADCP User s Guide RD Instruments, August 2002 WinSC and PlanADCP User s Guide RD Instruments, August 2002 WinADCP User s Guide RD Instruments, April 2003 Workhorse Commands and Output Data Format RD Instruments August 2002 WinRiver User s Guide RD Instruments, April 2003 RDI Tools User s Guide RD Instruments, May 2003 SAL.VE Attività per la Salvaguardia di Venezia Ministero delle Infrastrutture Magistrato alle Acque di Venezia 6