SCAMBI LAGUNA MARE
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Linea 1.1 Scambi laguna-mare di acqua, materiale particolato e organismi e processi erosivi
Linea 1.2 Apporto in laguna di acque e materiale solido da due tributari del bacino scolante
Linea 1.3 Modellazione numerica integrata del sistema bacino scolante-laguna-mare
Linea 1.4 Rilevazione e previsione di eventi anossici con metodologie di remote sensing
Linea 1.1 Scambi laguna-mare di acqua, materiale particolato e organismi e processi erosivi
Obiettivo: studio dei flussi laguna-mare attraverso il sistema di bocche tidali della laguna di Venezia e dei processi erosivi nelle aree più critiche come le stesse bocche e i canali di grande navigazione. Si tratta di due aspetti fondamentali nell’evoluzione morfologica del bacino lagunare e del suo ecosistema, anche in relazione alla futura gestione dei flussi attraverso le bocche
Principali risultati:
- Elaborazione delle serie temporali della portata idrica attraverso le bocche di porto funzionale alla modellizzazione dei processi e della gestione dei sistemi di difesa dalle acque alte
- Integrazione delle osservazioni sperimentali in campo con le mappe di torbidità derivate da satellite ha consentito di effettuare un’analisi sinottica dei processi di trasporto
- Mappatura di dettaglio degli effetti dell’erosione sulle strutture antropiche adiacenti ai canali di navigazione e sulla morfologia lagunare preesistente
- Mappatura della biomassa nelle tre bocche di porto nelle diverse condizioni stagionali
- monitoraggio spaziale e temporale della biodiversità lagunare attraverso il sequenziamento massivo del DNA
Le ricerche in corso consentono il monitoraggio dei flussi di scambio a partire dalle informazioni acquisite dai sistemi osservativi già in esercizio presso le bocche di porto affiancando alle serie temporali specifiche attività di calibrazione e approfondimento utili alla validazione e all’integrazione dei dati disponibili. I risultati delle attività sono disponibili per le PP.AA. interessate alla salvaguardia della laguna.
Per quanto riguarda la parte fisica, le attività sperimentali svolte hanno permesso di elaborare le serie temporali della portata idrica attraverso le bocche di porto dall’inizio del progetto fino a febbraio 2021, a beneficio della modellizzazione dei processi e della gestione dei sistemi di difesa dalle acque alte. Inoltre, la calibrazione del backscatter acustico acquisito dalla strumentazione per la misura della portata consentirà di ottenere le serie temporali del flusso solido completando le osservazioni di superficie delle stazioni fisse per la misura in continuo della torbidità. L’integrazione delle osservazioni sperimentali in campo con le mappe di torbidità derivate da satellite ha consentito di effettuare un’analisi sinottica dei processi di trasporto sia nelle aree di pertinenza delle bocche tidali (litorali, delta tidale interno ed esterno), sia nelle aree più interne del bacino lagunare. Questo ha consentito di rilevare elementi di novità nelle dinamiche di scambio fra mare e laguna e l’effetto degli impatti antropici. Con riferimento alla figura 1, nei litorali a NE della bocca di porto di Lido è ben visibile la risospensione dovuta alle onde, generate da un vento che ha raggiunto i 21 ms-1 da E-NE. In questa particolare situazione di stasi del flusso, il materiale sospeso non ha ancora iniziato ad entrare in laguna anche se nel lato nord del canale di bocca si intravede un inizio del processo.
Relativamente allo studio dei processi erosivi, sono state integrate diverse metodologie sperimentali fra cui rilievi morfobatimetrici ad alta risoluzione, rilievi batimetrici con veicoli autonomi di superficie e tecniche remote sensing (immagini satellitari e aerofotogrammetria da drone). Queste attività hanno consentito una mappatura di dettaglio degli effetti dell’erosione sulle strutture antropiche adiacenti ai canali di navigazione e sulla morfologia lagunare preesistente, recentemente riesumata dai processi erosivi e anch’essa oggetto di rapido smantellamento.
Per quanto riguarda la componente biomassa, le tecnologie di rilievo acustico hanno consentito di completare la mappatura delle tre bocche di porto nelle diverse condizioni stagionali. I dati raccolti permettono di rilevare densità differenziali, con le bocche di Malamocco e Chioggia che presentano i valori più elevati rispetto a quella del Lido. Tale differenza sembra, almeno in parte, riconducibile alle diverse profondità delle bocche stesse. Non sembrano invece esserci differenze nelle dimensioni medie degli organismi rilevati, né della loro posizione nella colonna d’acqua.
Grazie al sequenziamento massivo del DNA ottenuto da campioni di acqua, le analisi del DNA ambientale hanno permesso di rilevare le sequenze di 48 diverse specie ittiche e di 75 specie di invertebrati. La metodica consente il monitoraggio spaziale e temporale della biodiversità lagunare, complementando le informazioni ottenibili da più complessi campionamenti biologici. Infine, le analisi di genetiche di popolazione, effettuate su specie chiave lagunari, hanno permesso di identificare significative differenze temporali nella composizione del pool genetico di specie di pesci e di granchi, indicando la possibilità di fenomeni di erosione genetica in corso. I dati forniscono le basi per monitorare i cambiamenti nel tempo della variabilità genetica in relazione alle variazioni negli scambi
Linea 1.2 Apporto in laguna di acque e materiale solido da due tributari del bacino scolante
Il particellato veicolato dal bacino scolante è un materiale prezioso, essenziale per contrastare l’appiattimento della laguna e l’impoverimento della morfodiversità. Al contempo, un suo deposito in eccesso nelle aree a basso fondale prossime alle foci può determinare l’interrimento di canali secondari e ghebi, aumentando la stagnazione delle acque.
Su ciascuno dei due tributari, una stazione di misura acquisisce in continuo i valori di portata e attraverso una misura di backscatter viene stimato il carico solido. Una terza stazione di misura è operativa sul Canale di S. Maria (una derivazione del fiume Dese) per la misurazione del trasporto solido verso la Palude di Cona. Attraverso misure periodiche -effettuate da bordo di imbarcazioni o utilizzando un veicolo autonomo di superficie- e l’analisi di campioni d’acqua, viene progressivamente affinato il calcolo delle portate e del carico solido e investigata la circolazione nell’area di estuario. Al verificarsi di eventi di piena, il trasporto solido viene misurato grazie all’impiego di autocampionatori e le caratteristiche meteorologiche dell’evento vengono ricostruite in ambiente GIS utilizzando i dati di precipitazione oraria, disponibili in varie stazione dei sottobacini scolanti.
Mappe batimetriche di dettaglio degli alvei e dei bassi fondali, che sono fondamentali sia per lo studio della circolazione idrica che per quello morfologico, sono state acquisite nei settori di maggiore interesse degli estuari e in particolari sezioni di riferimento, utilizzando un veicolo autonomo di superficie dotato di ecoscandaglio e un drone. Ortofoto vengono elaborate attraverso modelli digitali per ottenere batimetrie esportabili in ambiente GIS. L’insieme delle informazioni acquisite e le metodologie di indagine sviluppate dalla Linea sono di utilità nella gestione idraulica a morfologica dell’interfaccia terraferma-laguna.
Grazie all’uso di trappole per sedimento, si stanno acquisendo stime in serie temporale del flusso di deposizione apparente del particellato, negli alvei e nei bassi fondali; tali flussi vengono messi in relazione con gli eventi precipitativi, l’andamento delle portate e del carico solido.
Infine, attraverso l’analisi di carote di sedimento viene investigata la contaminazione generata dal sottobacino idrologico sull’apparato di foce e i processi che intervengono sulla morfologia del fondale e verrà quindi elaborata una mappa della contaminazione del sedimento.
Linea 1.3 Modellazione numerica integrata del sistema bacino scolante-laguna-mare
Dal punto di vista dei modelli idrodinamici operativi, si è portata avanti l’assimilazione di dati di temperatura e salinità nel modello della laguna di Venezia. Le simulazioni effettuate hanno riguardato un periodo di test nell’anno 2018, nel quale si sono potute utilizzare le misurazioni dalle centraline della rete SAMANET. L’assimilazione dei dati, attraverso l’Ensemble Squared root filter, ha prodotto risultati assai diversi da quelli ottenibili in assenza di assimilazione e ha mostrato quantitativamente gli effetti di due aspetti critici: la scarsità di osservazioni all’interno della laguna e l’approssimativa conoscenza dell’apporto di acqua dolce. Sono aspetti sui quali è importante un intervento incisivo da parte degli enti gestori.
Il modello biogeochimico SHYFEM-BFM è stato esteso alla simulazione dello stato trofico delle acque. Il modello accoppiato tiene conto degli apporti di acqua e di sostanze (nutrienti, sostanze organiche) dai fiumi, degli scambi di acqua e sostanze, inclusi gli organismi planctonici, con il mare, tenendo conto delle condizioni meteorologiche (temperatura, irraggiamento, regime del vento) e mareali (livelli di marea). Il modello è stato utilizzato per rappresentare lo stato trofico della laguna di Venezia nell’anno 2005, anno di riferimento, e sono in via di sviluppo le simulazioni relative agli anni 2008 e 2019, oltre che la simulazione di scenario di Laguna regolata dal MoSE. Anche qui emerge l’importanza di osservazioni di riferimento per poter validare la modellazione sistematiche e ben distribuite nello spazio. Utilizzando gli strumenti modellistici messi a punto dai due gruppi di ricerca di UNIPD e CNR sono stati analizzati gli effetti prodotti dalle recenti chiusure del MoSE sui livelli interni alla laguna e sugli scambi idrodinamici tra mare e laguna. Con alcune differenze di impostazione e parametrizzazione, entrambi i modelli sono in grado di simulare la propagazione della marea all’interno della laguna, gli effetti sui livelli dovuti alla presenza di vento e quelli conseguenti alla chiusura delle paratoie mobili. Si sottolinea che la disponibilità di modelli con struttura e ipotesi diverse rappresentano una ricchezza, piuttosto che una sovrapposizione. Il loro uso congiunto, infatti, permetterebbe di sostenere con maggiore robustezza i processi decisionali di gestione del MoSE e della laguna (ad es. sulle quote ottimali di chiusura del MoSE o sui possibili effetti di chiusure parziali). Sono stati analizzati gli eventi di “Acqua Alta” per i quali è entrato in funzione il MoSE nel periodo 3 ottobre – 12 dicembre 2020. Per ciascun evento è stato condotto, dapprima, il calcolo considerando la manovra di chiusura delle bocche, verificando mediante confronto con i livelli misurati l’effettiva capacità dello strumento modellistico di riprodurre l’idrodinamica lagunare durante la chiusura delle paratoie del MoSE. Successivamente si è ripetuto (solo con il modello UNIPD per il momento), il calcolo della dinamica dei livelli nell’ipotesi di mancata attivazione del MoSE. A titolo di esempio, in figura si riporta il confronto tra livelli osservati e modellati in corrispondenza delle stazioni di Punta della Salute relativi alla chiusura del 3 ottobre 2020: il livello massimo in mare non corrisponde a quello che si sarebbe registrato nelle stazioni interne qualora il MoSE non fosse entrato in funzione (fatto ben noto e supportato dalle registrazioni di marea del passato), pertanto, solo lo strumento modellistico può quantificare il reale beneficio, in termini di riduzione dei livelli, dell’utilizzo del MoSE
Linea 1.4 Rilevazione e previsione di eventi anossici con metodologie di remote sensing
Obiettivo: identificare e mappare le aree interessate da eventi anossici nelle immagini da satellite di archivio e in tempo reale in quelle di nuova acquisizione per la durata del progetto
Principali risultati:
- Definizione di strategie per mitigare le conseguenze indesiderate per la salute della popolazione e del turismo, conseguenti agli eventi anossici
- Sviluppo di una metodologia per individuare la presenza delle acque biancastre (proxy di anossie) nelle immagini satellitari
- Sviluppati strumenti di indagine in grado di fornire informazioni rilevanti per gli enti competenti in tutela dell’ambiente, per comprendere gli effetti climatici a lungo termine e per lo studio della variabilità e dei cambiamenti a breve termine associati alle pressioni locali
Negli ultimi decenni, la crescita eccessiva di macroalghe in condizioni eutrofiche nella laguna di Venezia ha provocato il verificarsi di crisi anossiche durante il periodo estivo. A partire dagli anni ‘90, una notevole riduzione delle fioriture di macroalghe, in particolare di Ulva spp., ha portato ad una progressiva riduzione di crisi distrofiche; tuttavia, negli ultimi anni, si sono registrati casi ricorrenti di eventi anossici per lo più localizzati nella laguna centrale, che hanno rapidamente peggiorato la qualità dell’ecosistema, pregiudicandone l’uso come risorsa naturale per la pesca, l’acquacoltura e le attività ricreative. La comprensione di questi fenomeni è fondamentale per poter definire delle strategie di mitigazione delle conseguenze indesiderate (morie di pesci, odori sgradevoli) per la salute della popolazione e il turismo.
La Linea ha l’obiettivo di identificare e mappare le aree interessate da eventi anossici nelle immagini da satellite di archivio e in tempo reale in quelle di nuova acquisizione per la durata del progetto. Nel corso del progetto si è osservato che le crisi distrofiche in laguna di Venezia sono associate ad una perturbazione del ciclo dello zolfo con la formazione di acque biancastre, dovute alla presenza di zolfo colloidale e visibili da satellite. A questo scopo è stata sviluppata una metodologia per individuare la presenza delle acque biancastre (proxy di anossie) nelle immagini satellitari Landsat 8 (NASA) e Sentinel-2A e B (programma europeo Copernicus) che ha permesso di analizzare la variabilità spazio-temporale delle crisi anossiche e supportare l’analisi dei processi e delle condizioni al contorno che le hanno causate per il periodo 2013-2018. La stessa metodologia è stata applicata in tempo reale alle immagini acquisite durante il progetto (maggio-settembre 2019-2020) per seguire la formazione e lo sviluppo degli eventi anossici e per guidare l’esecuzione di campagne di misura per la caratterizzazione ottica delle acque biancastre. Nel corso dell’estate del 2020 si sono verificati eventi di anossia con formazione di acque biancastre di breve durata e di piccola-media estensione nella zona tra il canale di Tessera e l’isola di Campalto e in laguna centrale in prossimità dell’isola di Sant’Angelo della Polvere.
L’analisi delle serie temporali (2013-2017) delle mappe di vegetazione sommersa, ottenute da satellite, hanno evidenziato una correlazione tra le aree a basso fondale con estese fioriture di macroalghe e il verificarsi di eventi distrofici, soprattutto durante i mesi di luglio e agosto caratterizzati da picchi di alta temperatura e scarso rimescolamento della colonna d’acqua. Ulteriori analisi statistiche dei dati delle stazioni di monitoraggio e simulazioni della dinamica dell’ossigeno disciolto in colonna d’acqua sono in corso.
Gli strumenti d’indagine sviluppati e i risultati attuali possono fornire informazioni rilevanti per gli enti competenti che si occupano di tutela ambientale, non solo per comprendere gli effetti climatici a lungo termine, ma anche per lo studio della variabilità e dei cambiamenti a breve termine associati alle pressioni locali. Inoltre, considerato che la metodologia sviluppata identifica, in modo automatico e in near real time,la presenza di acque biancastre, questo permette di allertare le strutture competenti per eventuali rilevazioni ed accertamenti durante l’evento.
