L attività di ricerca riguarda la messa a punto di procedure con metodi geofisici per la caratterizzazione del suolo e del sottosuolo

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2 L attività di ricerca riguarda la messa a punto di procedure con metodi geofisici per la caratterizzazione del suolo e del sottosuolo Le tecniche geofisiche consentono esplorazioni rapide invasive a differenza dei metodi convenzionali e non Induzione Elettromagnetica (EMI) e Ground Penetrating Radar (GPR) combinate con l uso di un sistema GPS I principali obiettivi di questa attività di ricerca sono: 2 valutare la potenzialità del GPR; definire un protocollo di indagine con le tecnologie EMI e GPR per mappare le proprietà del suolo su vaste aree; mettere a punto l acquisizione e interpretazione dei dati GPR per ottenere misure della costante dielettrica

3 STRUMENTO: EM38DD (Geonics, Ltd, Ontario-Canada) con due dipoli perpendicolari l uno all altro, che misurano simultaneamente la conducibilità elettrica apparente σ a PRINCIPIO FISICO: propagazione delle onde elettromagnetiche MISURA: conducibilità elettrica apparente in due orientazioni (ms/m) 4 H s Conducibilità elettrica apparente σ = a ϖµ s 2 0 H P (in verticale la sensibilità massima alla profondità di 0.40 m, in modo orizzontale la massima sensibilità è superficiale)

4 L indagine elettromagnetica è basata sul principio che una bobina trasmittente produce nel sottosuolo un campo magnetico primario (H P ) variabile nel tempo. Le variazioni del campo magnetico inducono nel suolo piccole correnti, che a loro volta generano un campo magnetico secondario (H S ), registrato dalla bobina ricevente. T X R X Campo magnetico secondario H I Campo magnetico primario H P Campo magnetico finale H S =H P +H I Correnti generate nel terreno da H P 4

5 STRUMENTO: RIS 2k-MF Multifrequency Array Radar-System (IDS, Italia) con due antenne da 600 e 1600 MHz, operanti in modo monostatico (cioè con le antenne che funzionano sia da trasmittenti che da riceventi) PRINCIPIO FISICO: utilizza i principi della trasmissione e riflessione delle onde elettromagnetiche in funzione della variazione spaziale delle proprietà dielettriche del sottosuolo MISURA: ampiezza del segnale

6 Generatore Data logger Sistema radar Tx Rx Tx Rx Tx Rx Tx Rx Tx Rx Distanza [m] ε 2 ε 1 Distanza [m] Tempo di ritardo [ns] Profondità [m] 6

7 Rappresentazione dell interazione tra l energia elettromagnetica trasmessa e la variazione spaziale delle proprietà dielettriche del sottosuolo Velocità= 0.1 m/ns Tempo [ns] Profondità [m] Ampiezza c ε = v ε Costante dielettrica v Velocità delle onde elettromagnetiche c Velocità della luce nello spazio vuoto 7

8 MOVE START TIME (individuazione del tempo in cui l onda incontra la superficie del terreno ed eliminazione dell onda in aria) DEWOW (rimozione dei segnali a bassa frequenza indotti dal sistema GPR) BACKGROUND REMOVAL (soppressione dei segnali orizzontali ed enfatizzazione di quelli iperbolici,che rappresentano punti di discontinuità) LINEAR GAIN & SMOOTHED GAIN (enfatizzazione dei segnali a bassa ampiezza rispetto a quelli di maggiore ampiezza) BAND PASS FREQUENCY centrato sulle frequenza di picco (soppressione del rumore con diverso contenuto di frequenza) ANALISI DELLE IPERBOLI (calcolo della velocità di propagazione e visualizzazione dei radargrammi in funzione della profondità) 8

9 1 st G l o b a l w o r k s h o p on H I G H R E S O L U T I O N 5 8 February 2008 digital soil sensing & mapping Sydney - Australia NON-INTRUSIVE MAPPING OF SUBSOIL PROPERTIES IN AGRICULTURAL FIELDS WITH GPR AND EMI De Benedetto D., Castrignanò A., Sollitto D., Campi P., Modugno F.

10 AZIENDA SPERIMENTALE AGOSTINIELLI RUTIGLIANO (BA) INDAGINE EMI: 15 transetti in senso longitudinale and 15 transetti in senso trasversale INDAGINE GPR: transetti ricadenti nell area investigata con le misure EMI CAMPIONAMENTI DI SUOLO: caratteristiche granulometriche (terra fina, sabbia grossa, sabbia fine, limo grosso, limo e argilla), chimiche e idrauliche (contenuto d acqua a 1/3 atm (%) e punto di appassimento (15 atm %))

11 Ordinary cokriging EM38DD con orientazione orizzontale EM38DD con orientazione verticale Alti valori di conducibilità Bassi elettrica valori di conducibilità elettrica Alti valori di conducibilità Bassi elettrica valori di conducibilità elettrica

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14 A C B A D A B A Kriging interpolation

15 L impiego degli strumenti geoelettrici ha dimostrato la loro potenziale efficacia nel rilevare caratteristiche del sottosuolo che possono essere poste in relazione con variabili di maggiore interesse agronomico I dati acquisiti saranno utilizzati per ottimizzare il campionamento Una volta definito il protocollo di misura e di analisi dei dati GPR ed EMI verranno utilizzati come informazioni secondarie esaustive, per migliorare la precisione della stima delle variabili di suolo La geostatistica è usata per la coregionalizzazione tra i parametri di campo (caratteristiche primarie) e i parametri secondari ausiliari Per quanto riguarda il georadar si metterà a punto l acquisizione e interpretazione dei dati acquisiti in modalità bistatica al fine di ottenere con maggiore precisione misure di velocità puntuali da convertire in misure di costante dielettrica Sarà necessaria una calibrazione del dato ottenuto per una rappresentazione di mappe del contenuto idrico nel suolo per ottimizzare la pianificazione dell intervento irriguo 15