RICONOSCIMENTO DI CELLE LITORALI TRAMITE INFORMAZIONI TERRITORIALI DA INTERNET Mattia Barsanti 1 e Renzo Valloni 2 1 ENEA-CRAM La Spezia, 2 Università degli Studi di Parma Riassunto Per il reperimento di informazioni territoriali oggi è concretamente possibile utilizzare particolari applicazioni, denominate browser cartografici, che possono essere agevolmente integrate nel proprio sistema informativo territoriale (SIT) per mezzo di software gratuiti reperibili da Internet. Tra i vari browser cartografici che permettono la visualizzazione di foto satellitari è stato scelto l applicativo Google Earth (Google ), versione base, per l elevato dettaglio delle sue immagini. Utilizzando questo programma insieme ad una base dati cartografica tradizionale, è stato possibile riconoscere delle particolari unità territoriali sulle coste marine italiane definite Celle Litorali. La definizione di Celle Litorali costituisce l aspetto fondamentale della caratterizzazione fisica dell ambiente marino-costiero individuando porzioni di litorale affiancate lungocosta che rappresentano dei sistemi chiusi in termini di trasporto lungoriva dei sedimenti. Le Celle Litorali costituiscono quindi la conoscenza indispensabile degli studi d impatto ambientale sulle coste definendo i confini dell intero tratto costiero entro cui la realizzazione di interventi e opere potrà modificare i processi naturali. La reciproca conversione dei formati digitali tra Google Earth è il software ArcGIS 8.3 (ESRI ), utilizzato in questo studio, è oggi un operazione molto semplice grazie all esistenza di diversi applicativi gratuiti sviluppati a questo fine. Sul complesso delle coste marine italiane sono state così individuate 187 Celle Litorali con estensione maggiore di 5 km. Per ciascuna Cella sono stati implementati diversi attributi fra cui il verso geografico del principale trasporto sedimentario netto lungocosta e la specifica degli apporti fluviali. Parole chiave. Sistemi Informativi Geografici, GIS, Google Earth, Celle Litorali.
1. Introduzione Negli ultimi anni si assiste al crescente aumento dei siti internet rivolti alla visualizzazione di dati cartografici e di immagini satellitari del territorio. Oggi sono anche disponibili software, definiti browser cartografici, che oltre alla visualizzazione del territorio, permettono la creazione di file a grafica vettoriale e la registrazione sul proprio calcolatore delle informazioni cartografiche. Questi strumenti sono stati utilizzati per individuare sul complesso delle coste marine d Italia delle particolari unità sedimentarie costiere denominate Celle Litorali (Barsanti, 2007). Tali unità rappresentano tratti di litorale affiancati lungocosta concettualmente legati al bilancio del trasporto sedimentario longshore che, se riferito al materiale sottoposto alla deriva, prende il nome di Drift costiero (Inman, 2004). Concretamente, si tratta di segmenti costieri delimitati da barriere fisiche, naturali (es. promontorio), o antropiche (es. porto), insormontabili dal trasporto sedimentario lungocosta (Fig. 1). In questa sede è adottata una definizione semplificata di Cella Litorale, vale a dire, un sistema di trasporto chiuso riferito alla sola frazione ghiaioso-sabbiosa dei sedimenti (trasporto trattivo) e solo alla sua componente longshore. La Cella Litorale rappresenta quindi un unità costiera che non scambia sedimento con le unità costiere adiacenti in cui i sedimenti in entrata da terra (es. apporti fluviali, erosione delle falesie) o da mare (es. spiaggiamento di gusci d organismi) sono parte di un sistema autarchico di produzione e trasporto dei sedimenti. Figura 1 - Esempio schematico di una Cella Litorale. Il tipo di trasporto sedimentario qui considerato è quello longshore; altre frecce indicano il possibile trasporto traversocosta (da Inman, 2004). 2
Ogni opera aggettante in mare realizzata all interno di una ipotetica Cella Litorale delimitata da limiti naturali potrà eventualmente alterare i processi fisici costieri al punto da rappresentare un nuovo limite di Cella. Per tale motivo la Cella Litorale rappresenta una conoscenza fondamentale per gli studi d impatto ambientale in ambito marinocostiero e gli Enti territoriali dovranno tener conto dei confini delle Celle Litorali e non di quelli amministrativi (Inman & Masters, 1994). 2. Definizioni e metodi Stante il raggio d azione del trasporto sedimentario sottocosta, gli elementi fortemente aggettanti in mare che possono interromperne il corso sono qui denominati Limiti fisici del Drift costiero (LDC) e classificati in: 1. Artificiali, come ad esempio porti e moli; 2. Naturali, come ad esempio promontori e delta fluviali. Tra i LDC artificiali (Calda et al., 2003) non sono state ovviamente considerate le cosiddette opere di difesa rigide quali ad esempio i pennelli in quanto, per loro natura, intercettano solo una parte del trasporto sedimentario sottocosta senza rappresentare un limite invalicabile per lo stesso (U.S. Corps of Engineers, 1984). Figura 2 - Esempio di LDC. a) artificiale; b) naturale (da Komar 1998, modificata). 3
L analisi del sistema costiero parte dalla preliminare acquisizione delle informazioni disponibili sul verso del trasporto longshore con particolare riferimento ai dati resi sui fogli in scala 1:100.000 dell Istituto Geografico Militare (CNR-MURST, 1997). Operativamente, l individuazione dei LDC si basa sull analisi cartografica della morfologia costiera (Tessler & De Mahiques, 1993). La principale evidenza morfologica di un LDC è l accentuata asimmetria della linea di riva causata da un tipico accumulo sedimentario sul lato sovraflutto e un evidente arretramento erosivo nel lato sottoflutto (Fig. 2). Dopo questi preliminari, al fine di aumentare il grado di dettaglio dell analisi si passa all utilizzo delle immagini satellitari dell applicativo Google Earth. Il programma, la cui versione base gratuita è scaricabile dalla rete (Google Earth User Guide, 2007), utilizza principalmente le fotografie catturate dal satellite QuickBird di DigitalGlobe che possono raggiungere un dettaglio molto alto con una risoluzione dell ordine del metro. Queste immagini hanno anche il vantaggio dell attualità in quanto la maggior parte di esse sono state rilevate dal 2005 al 2007 e sono in continuo aggiornamento. Figura 3 - Interfaccia di Google Earth. Sono visualizzabili i due segnaposto color verde che individuano due LDC, uno naturale a Nord, all inizio della costa alta in destra della foce del Fiume Magra (Liguria), ed uno artificiale a Sud, sul Porto di Marina di Carrara (Toscana). Il poligono semitrasparente delimita la Cella Litorale. La linea rossa e la linea gialla rappresentano la batimetrica dei 5 e 10 m, rispettivamente. 4
I Limiti fisici del Drift Costiero così individuati su Google Earth sono stati memorizzati con formato kml (Keyhole Markup Language) nel modello puntuale a grafica vettoriale. Per meglio valutare quanto i LDC possano effettivamente rappresentare degli elementi insuperabili per il Drift costiero si sono anche trasferite e visualizzate su Google Earth le isobate dei 5 e dei 10 m (Fig. 3). Poiché il tratto costiero compreso tra due LDC rappresenta una Cella Litorale a tutti gli effetti si è potuto procedere all istituzione delle Celle Litorali tramite la loro memorizzazione in poligoni vettoriali sempre con formato kml. Conclusa l attività di ricerca con Google Earth, i dataset dei LDC e delle Celle Litorali in formato kml sono stati convertiti nel formato shp (shape) del software ArcGIS 8.3 (ESRI ) utilizzato nel presente studio. Questo passaggio è fondamentale poiché i dati cartografici catturati per mezzo di Google Earth, una volta integrati nel sistema informativo territoriale, potranno essere implementati con attributi alfanumerici per eseguire procedure di elaborazione ed analisi con altri layer informativi. Figura 4 - Interfaccia di Kml2Shp. Nella finestra è visualizzato il dataset delle Celle Litorali in formato kml prima della conversione in shp. Tra i diversi strumenti informatici che permettono questa conversione è stato utilizzato l applicativo Kml2Shp (Zonum Solutions ). I motivi della scelta di questo software sono 5
principalmente la facilità d utilizzo (non richiede la procedura di installazione) e la sua natura di applicativo stand-alone (Fig. 4) in quanto, diversamente dai molti script sviluppati dagli utenti degli applicativi ESRI, indipendente dalla versione del software ArcGIS utilizzato. La procedura di conversione è semplice e rapida. I file kml possono essere trasformati in formato shp (ESRI ) oppure dxf (AutoCAD) e, anche se Google Earth utilizza il datum WGS84 con coordinate geografiche (Google Earth User Guide, 2007), è possibile convertire lo shape file d output nel datum WGS84 UTM con coordinate metriche. La figura 5 illustra come esempio la Cella Litorale di figura 3 importata nel sistema informativo territoriale. Il processo inverso, ovvero il passaggio dal formato shp in kml è stato eseguito con un programma analogo, Shp2Kml, sempre della Zonum Solutions, allo scopo di visualizzare i dati batimetrici su Google Earth per meglio valutare la possibile interruzione del trasporto sedimentario longshore in corrispondenza dei LDC (es. Fig. 3). Infatti è ragionevole ritenere che più l oggetto LDC si spinge ad alte profondità, più efficace sarà l interruzione del trasporto longshore. Figura 5 - Interfaccia di ArcMap (ESRI ). Nella finestra è visualizzata la Cella Litorale della figura 3 in formato shp. 6
I due suddetti software di conversione possono presentare qualche problema di funzionamento. Poiché questi tool sono stati sviluppati con prodotti Borland, al fine di evitare risultati inattendibili può essere utile installare nella stessa cartella degli applicativi le librerie bpl (Borland Package Library), anch esse scaricabili dal sito della Zonum Solutions. Tuttavia, dalla versione 9.2 della suite ArcGIS il formato kml è totalmente supportato ed è quindi possibile la reciproca conversione dei formati kml e shp senza l utilizzo di software aggiuntivi. Va infine sottolineato che nella fase di importazione di dati territoriali da Google Earth è buona regola verificare l accuratezza del posizionamento geografico. Tale operazione ha il fine di correggere eventuali imprecisioni locali nella georeferenziazione delle immagini di Google Earth, ovvero disallineamenti non sistematici con la cartografia del proprio sistema informativo territoriale. 3. Risultati Sul complesso delle coste marine italiane la lunghezza totale delle Celle Litorali individuate è pari a 4117 km (scala nominale 1:100.000) pari al 50% circa della lunghezza totale delle coste italiane (8130,2 km). Le Celle Litorali nel loro insieme coprono 2819 km delle coste basse italiane (di spiaggia e deltizie) che corrispondono al 93% circa delle medesime. Nell insieme sono state individuate 187 Celle Litorali con estensione maggiore di 5 km che, in rapporto alla loro natura, sono state distinte in naturali ed artificiali. La Cella Litorale è definita artificiale quando ameno uno dei suoi LDC è rappresentato da un opera marittima che interrompe il trasporto sedimentario sottocosta alterandone il disegno naturale. Ciò significa che una Cella Litorale delimitata da due porti non è definita artificiale se tali strutture sono ubicate su dei preesistenti limiti naturali del Drift costiero. Da questa ricerca risulta che 136 (~73%) Celle Litorali sono artificiali e 51 (~27%) naturali per cui si può parlare di forte alterazione del disegno naturale del trasporto sottocosta a causa degli interventi umani lungo i litorali italiani. Le Celle Litorali qui riconosciute sono corredate da diversi attributi quali, ad esempio, la loro estensione lungo riva e la precisazione degli apporti fluviali come mostrato in tabella 1. Il verso del trasporto sedimentario netto sottocosta riferito a ciascuna Cella desunto 7
dalle immagini analizzate in questo studio è controllato su base bibliografica, in particolare con l Atlante delle Spiagge Italiane (CNR-MURST, 1997). Tabella 1 - Struttura informativa delle Celle Litorali. Il Drift costiero è quello netto (net longshore transport). Attributo Descrizione Codice Codice numerico identificativo Regione La Regione amministrativa della Cella Litorale Località Località più nota collocata all interno della Cella Litorale Tipologia Distingue la Cella Litorale naturale da quella artificiale Verso del Drift Dato bibliografico del verso del Drift costiero; se esso non è confermato dagli studi di letteratura e si basa sulla sola analisi delle immagini satellitari di cui al presente studio, all indicazione del verso del Drift è associata la lettera (a) che sta per apparente Numero apporti Numero dei principali apporti fluviali all interno della Cella Litorale fluviali Fiume Nome del fiume più importante all interno della Cella Litorale alimentatore Lunghezza (km) Estensione lungoriva della Cella Litorale (scala nom. 1:100.000) All interno delle 187 Celle Litorali con estensione maggiore di 5 km qui rilevate la lunghezza media è pari a 22,0 km (Dev. St. 22,9); circa l 80% delle Celle, ha lunghezza inferiore ai 30 km mentre la cella di maggior estensione, situata sul fronte del delta del Po, è pari a 121 km. 4. Conclusioni Nel campo delle Scienze della Terra in generale il reperimento d informazioni cartografiche aggiornate è spesso un esigenza fondamentale. Oggi, grazie a nuovi software disponibili in rete, è possibile osservare il territorio con una definizione molto elevata. I risultati ottenuti in questa ricerca non sarebbero stati possibili con l uso della base cartografica disponibile, prevalentemente a scala 1:100.000. Per mezzo dei browser cartografici è stato invece possibile fare osservazioni di maggior dettaglio su immagini recenti. I Limiti fisici del Drift Costiero individuati su Google Earth sono stati memorizzati con formato kml (Keyhole Markup Language) nel modello puntuale a grafica vettoriale. Le Celle Litorali sono state pure memorizzate in poligoni vettoriali con formato kml. I dataset 8
dei LDC e delle Celle Litorali in formato kml sono stati convertiti nel formato shp (shape) del software ArcGIS 8.3 (ESRI ) utilizzato nel presente studio. Sulla base delle limitazioni dimensionali imposte e delle scelte convenzionali fatte per identificare i Limiti fisici del Drift Costiero sono stati riconosciuti 187 tratti costieri a bilancio autarchico (Celle Litorali) con estensione superiore ai 5 km. Il 73% di queste ultime sono risultate di natura artificiale ed attestano la forte modificazione antropica dell ambiente costiero italiano. Il geodatabase delle Celle Litorali rappresenta un supporto fondamentale negli studi di impatto ambientale sull area marino-costiera in quanto definisce i reali confini entro i quali l eventuale realizzazione di un opera marittima può alterare i processi fisici costieri. Opere citate BARSANTI M., 2007. Composizione e trasporto delle sabbie delle coste marine italiane. Tesi Dottorato di Ricerca in Scienze della Terra, XIX Ciclo, Università degli Studi di Parma, 149 pp. BORLAND http://www.borland.com/>http://www.borland.com/ CALDA N., FERRETTI O., VALLONI R., 2003. Unità fisiche e opere marittime costiere: definizioni e rilevamento con tecnologie GIS. Atti Conferenza Internazionale CITTAM: La riqualificazione delle coste del Mediterraneo, Napoli 26-28 Giugno 2003, Arte Tipografica Editrice Napoli, 535-541. CNR-MURST, 1997. Atlante delle Spiagge Italiane: Dinamismo - Tendenza evolutiva - Opere umane (a cura di G. Fierro). S.EL.CA., Firenze, 108 Fogli scala 1:100.000. ESRI http://www.esri.com/>http://www.esri.com/ GOOGLE EARTH USER GUIDE, 2007. http://earth.google.com/userguide/v4/google_earth_user_guide.pdf, 1-131. INMAN, D. L., 2004. Littoral cells. In: M. Schwartz ed., Encyclopedia of Coastal Science. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Netherlands, 734-741. INMAN D.L., MASTERS P.M., 1994. Status of research on the nearshore. Shore & Beach, 62, 11-20. KOMAR D., 1998. Beach Processes and Sedimentation (second edition). Prentice Hall, London, 544 pp. TESSLER M.G., DE MAHIQUES M.M., 1993. Utilization of Coastal Geomorphic Features as Indicators of Longshore Transport: Examples of the Southern Coastal Region of the State of Sao Paulo, Brasil. J. Coastal Res., 9 (3), 823-830. U.S. CORPS OF ENGINEERS, 1984. Shore Protection Manual (volume 1, fourth edition). Department of the Army, Coastal Engineering Research Center. U.S. Government Printing Office, Washington D.C., 20402. ZONUM SOLUTIONS http://www.zonums.com/home.html>http://www.zonums.com/home.html 9