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Erosione potenziale dei suoli nell'area Vesuviana

Il Progetto Erosione potenziale dei suoli si occupa del fenomeno erosivo determinato principalmente dall'impatto della pioggia al suolo e dal deflusso superficiale delle acque, nella zona vesuviana, che comprende i 18 comuni dell'area rossa. Quest'ultima è l'area immediatamente circostante il vulcano, ed è quella a maggiore pericolosità in quanto potenzialmente soggetta all'invasione dei flussi piroclastici, in una futura attività eruttiva del vulcano. La letteratura scientifica mette a disposizione un efficace strumento operativo: il modello parametrico su base empirica denominato “U.S.L.E.” (Universal Soil Loss Equation) che viene utilizzato in contesti agronomici e fornisce una stima della perdita media annua di suolo. Lo strumento adottato in questo progetto è il “R.U.S.L.E.” (Revised Universal Soil Loss Equation), che si basa sugli stessi principi empirici della USLE, ma con numerosi miglioramenti e adattamenti che rendono il modello applicabile in condizioni ambientali diverse.

Essa si basa sulla seguente formula:

A = R * K * LS * C * P

Ove:

• A è la quantità media di suolo erosa annualmente per unità di superficie espresso in t/(ha*year)
• R è il fattore di erosività della pioggia espresso in (MJ * mm)/(h * ha * year);
• K è il fattore di erodibilità del suolo espresso in (t * ha * h)/(ha * MJ * mm);
• LS è il fattore topografico (adimensionale);
• C è il fattore di copertura del suolo (adimensionale compreso tra 0 e 1);
• P è il fattore delle pratiche di controllo dell'erosione (adimensionale compreso tra 0 e 1).

Il GIS mette a disposizione numerose funzioni che consentono la creazione di carte, rappresentanti i diversi fattori descritti nell'equazione RUSLE. Per la creazione della carta finale, sono state moltiplicate le carte che descrivono i singoli fattori del modello.

Per il calcolo dei diversi fattori si sono utilizzati i seguenti dati di input:

• Cartografia tecnica vettoriale della Provincia di Napoli in scala 1:5000
• Carte IGMI, Serie 25, scala 1:25000
• Immagini multispettrali Landsat 7 del 2 agosto2000 e Landsat 5 del 3 marzo 2000 entrambe con risoluzion e 30 m
• Immagine pancromatica IRS del 23 giugno 2000 con risoluzione 5,8 m
• Carta pedologica della Provincia di Napoli (scala 1: 75000; 1999), in formato digitale
• Dati pluviometrici forniti dal Ministero dei Lavori Pubblici, Servizio Idrografico, sezione autonoma del genio civile con sede in Napoli

Per lo svolgimento di questo lavoro sono stati utilizzati i seguenti software:

• ArcGIS 8.3 su client ARC/INFO della ESRI
• ERDAS IMAGINE 8.6

Operazioni preliminari:

• Georiferimento delle tavolette IGMI
• Georiferimento delle carte pedologica dalle Carte IGMI, in formato digitale
• Georiferimento dell'immagine pancromatica IRS dalla Carta Tecnica della Provincia di Napoli
• Georiferimento delle immagini multispattrali Landsat 7 e Landsat 5 dall'immagine pancromatica IRS
• Creazione del TIN dai punti quotati, dalle linee ordinarie e direttrici, dal reticolo idrografico e dalla delimitazione dell'area di studio. Il metodo di interpolazione utilizzato è il Kriging

Il georiferimento è stato effettuato in proiezione Gauss-Boaga Datum Monte Mario.

Calcolo del fattore di erosività della pioggia (R)

Il fattore di erodibilità della pioggia è stato calcolato sulla base di dati pluviometrici delle stazioni di Acerra , Avella, Castellammare di Stabia, Ercolano, Napoli Capodichino, Palma Campania e Scafati. I dati riguardano le medie mensili e le medie annuali nel periodo temporale che va dal 1974 al 1999.

Il fattore R è il risultato della seguente equazione:

R= (4,17 * MFI - 152) * 9,81

dove

MFI= Indice Modificato di Fournier, si basa sul fatto che la diversa erosione non dipende dalla quantità assoluta delle precipitazioni, quanto dalla frequenza e dalle intensità della pioggia.

pi = precipitazioni medie mensili (mm)

p = precipitazioni medie annuali (mm)

Il valore del fattore R è stato calcolato, tramite l'equazione, per ognuna delle stazioni pluviometriche. I valori risultanti sono stati poi interpolati con il metodo Spline (link al termine presente nel glossario) , ottenendo il raster a lato, nel quale il blu indica un fattore di erosività della pioggia alto, il rosso invece indica un fattore di erosività basso.

Calcolo del fattore di erodibilità del suolo (K)

Il fattore K è una misura della suscettibilità del suolo all'erosione e dipende dalle caratteristiche pedologiche del suolo ed in particolare dalla struttura, tessitura, percentuale di sostanza organica e permeabilità.
Per poter creare una carta del fattore K è stato necessario vettorializzare la carta pedologica, già disponibile in formato digitale.
Le formazioni pedologiche vettoriali, così ottenute, sono state raggruppate in sette classi, che rappresentano la diversa suscettibilità del suolo. Ad ogni classe è stato assegnato un peso per quantificare l'erodibilità del suolo (0 = dato non disponibile; 1 = urbano e affioramenti rocciosi; 0,01 = poco erodibile; 0,370 = molto erodibile).

Calcolo del fattore di copertura del suolo (C)

Il fattore C quantifica l'effetto della copertura, sia fisionomica che superficiale, del suolo; dipende sia dalla fisionomia della vegetazione che dalla sua struttura; inoltre in particolari casi tiene conto della estensione della rete rizomatica.
Il raster del fattore C è stato realizzato creando prima una carta dell'uso del suolo e poi attribuendo alla copertura della vegetazione valori numerici presenti in letteratura. Per poter creare una carta di uso del suolo è stato necessario ricorrere ad una procedura di classificazione che permette di assegnare ad una particolare classe di uso del suolo ciascun pixel dell'immagine da satellite utilizzata, che abbia una risposta spettrale omogenea. Le classi sono state scelte preventivamente, facendo una campagna di rilevamento e posizionamento di aree di interesse, attraverso un ricevitore GPS. In questo lavoro si è preferito utilizzare una classificazione guidata (supervised) sulle due immagini Landsat di due periodi diversi. Per avere una classificazione unica è stato necessario confrontare le due classificazioni ottenute e scegliere le classi che meglio rappresentano l'area di studio. La carta di uso del suolo così ottenuta è stata riclassificata assegnando dei pesi ad ogni classe (1 = urbano e affioramento litoide; 0,0015 = protezione del suolo elevata; 0,4 = protezione del suolo bassa).

Calcolo del fattore topografico (LS)

Il Fattore LS prende in considerazione la lunghezza e la pendenza del versante, in quanto l'entità dei processi erosivi è influenzata dalla concomitanza dei due fattori, benchè sia stato osservato che la perdita del suolo aumenti più rapidamente per effetto della pendenza, che per effetto della sua lunghezza. Nella stesura originale del modello, la lunghezza del versante viene calcolata come la distanza orizzontale media dal punto di origine del deflusso al punto in cui la pendenza decresce e inizia l'attività deposizionale.
Questa approssimazione può risultare valida in ambiente agricolo di pianura, ma non è applicabile in zone montuose. In tali ambienti, infatti, la micromorfologia del terreno è resa complessa dalla presenza di concavità e convessità localizzate, che determinano variazioni di direzione e intensità del deflusso. Solo nell'ultimo decennio si è raggiunta un'accuratezza apprezzabile nel calcolo del fattore topografico LS, grazie all'introduzione dei GIS: il calcolo della lunghezza del versante è stato ottenuto con la creazione del raster di Flow Accumulation che descrive i percorsi d'incanalamento dell'acqua e calcola la quantità e la lunghezza del deflusso per ogni cella; la pendenza dei versanti è stata ottenuta con la creazione della Carta delle Pendenze in gradi.
Entrambe le carte sono realizzate partendo dal modello digitale del terreno, tramite l'estensione Spatial Analysis di ArcMap. L'immagine a lato mostra la combinazione dei due fattori presi in considerazione nel fattore LS. Il verde rappresenta valori di quantità di deflusso e di pendenza elevati, il rosso indica valori di quantità di deflusso e pendenza bassi.

Calcolo del fattore di tecniche sistematorie (P)

Il fattore P si riferisce alle eventuali tecniche sistematorie di controllo dell'erosione, che arginano il deflusso superficiale (es. terrazzamenti, ciglionamenti, lavorazioni del terreno, ecc.)
Dalla legenda della carta pedologica della Provincia di Napoli si evince che alcune zone presenti nell'area di studio sono caratterizzate da terrazzamenti, cioè dalla lavorazione del versante a terrazzi. Ciò riduce l'erosione del suolo tra i terrazzi stessi, per effetto della divisione del pendio in una serie di versanti più corti e della diminuzione della velocità dell'acqua che causa la deposizione del materiale altrove asportato.

Calcolo del fattore di erosione (A)

La carta finale viene ottenuta dal prodotto dei singoli raster ottenuti, che descrivono i cinque fattori dell'equazione di RUSLE, e mostra la quantità media di suolo erosa annualmente per unità di superficie.
Dalla carta dell'erosione, mostrata a lato, si evince che il maggior rischio di perdita di suolo è localizzato nelle adiacenze del territorio urbanizzato, a causa della presenza di aree a vigneto o seminative, e pertanto vulnerabili ai fenomeni erosivi.
Le aree a maggiore pendenza, che dovrebbero essere maggiormente esposte al fenomeno erosivo, risultano in realtà meno vulnerabili, in quanto protette da folta vegetazione arborea e arbustiva.
Inoltre alle medie altitudini, un altro fattore a vantaggio della stabilità del suolo è l'uso agricolo del suolo caratterizzato dal terrazzamento.