Documenti: tesi - Bacino del Tusciano
Calcolo dell’apporto solido fluviale nel bacino del Tusciano
Il trasporto solido fluviale nel seguente lavoro è stato calcolato per il bacino del Tusciano, collocato in provincia di Salerno. Il modello di valutazione del trasporto solido medio annuo utilizzato è quello di Gavrilovic che fu proposto dall'omonimo ricercatore slavo nel 1959. In principio esso fu utilizzato per applicazioni relative ai corsi d'acqua della Jugoslavia del sud, i quali sono a carattere torrentizio. Dopo essere stato tarato, tale modello fu impiegato anche in Friuli Venezia Giulia ed in altre regioni italiane. Con l'ausilio del modello di Gavrilovic e delle tecnologie GIS, si è calcolato il volume medio netto di sedimenti prodotto per erosione, che risulta pari a 104178,84 (m3 /anno)
Il modello si basa sulle seguente equazione:
W = T * h * * (Z 3/2 ) * S
Dove:
W = Volume medio annuo lordo dei sedimenti prodotto per erosione (m3/anno)
T = Coefficiente di temperatura
h = Precipitazione annuale media (mm)
S = Superficie del bacino (km2)
Z = Coefficiente di erosione relativa
G = W * R
Dove
G = Volume medio annuo netto dei sedimenti prodotto per erosione (m3/anno)
R = Fattore di riduzione
Tramite i sistemi GIS è stato possibile calcolare i valori numerici relativi ad ognuno dei quattro parametri della prima equazione di Gavrilovic. Tali valori sono stati poi moltiplicati per ottenere il volume medio annuo lordo dei sedimenti prodotto per erosione (W). Il volume medio lordo è stato successivamente moltiplicato per il fattore di riduzione R, calcolato sempre tramite tecniche GIS, per ottenere il volume medio annuo netto dei sedimenti prodotto per erosione (G).
Per il calcolo di tali parametri è stato necessario l'utilizzo di dati di base provenienti dalle seguenti fonti:
- Nove carte IGMI (scala 1:25000): S. Cipriano Picentino, Monte Cervialto, Senerchia, Montecorvino Rovella, Bagnoli Irpino, Pontecagnano Faiano, Aversana, Persano ed Eboli;
- Quattro carte geologiche (scala 1:100.000) del Servizio Geologico d'Italia: S. Angelo de' Lombardi, Amalfi, Salerno ed Eboli;
- Modello digitale del Terreno dell'area in studio, ottenuto interpolando i punti quotati e le curve di livello;
- Due immagini dal satellite Landasat 7 del 2 agosto 2000: una pancromatica con risoluzione di 15 m e l'altra multispettrale con risoluzione 30 m.;
- Dati pluviometrici e di temperatura forniti dal Ministero dei Lavori Pubblici, Servizio Idrografico, sezione autonoma del genio civile con sede in Napoli;
- Dati riguardati il confine del bacino e il reticolo idrografico forniti dall'Autorità di Bacino destra Sele, in formato vettoriale.
Per lo svolgimento di questo lavoro sono stati utilizzati i seguenti software:
- ArcGIS 8.1 su client ARC/INFO della ESRI
- ERDAS IMAGINE 8.4
Operazioni preliminari
- Georiferimento delle tavolette IGMI
- Georiferimento delle carte geologiche dalle tavolette IGMI
- Georiferimento dell'immagine pancromatica Landsat 7 dalle tavolette IGMI
- Georiferimento dell'immagine multispattrale Landsat 7 dall'immagine pancromatica
Il georiferimento è stato effettuato in proiezione UTM fuso 33 Datum ED 50.
Calcolo del coefficiente di temperatura e del fattore di pioggia media annua (T e h)
Collocazione delle stazioni di Acerno, Montecorvino Rovella ed Olevano
L'immagine rappresenta la collocazione delle stazioni di Acerno, Montecorvino Rovella ed Olevano sul Tusciano presenti all'interno del bacino, dalle quali provengono dati relativi alle temperature ed alle precipitazioni nell'arco di tempo che va dal 1980 al 2000. Tali dati riguardano la temperatura annuale media che consente di calcolare il coefficiente di temperatura T, e l'altezza di pioggia media annua h. Nell'immagine le stazioni sono rappresentate insieme al confine di bacino e alle nove tavolette IGMI utilizzate.
Calcolo dell'area totale del bacino (S)
Confine del bacino idfrografico del Tusciano
Tabella attributi
Al confine del bacino del Tusciano, in formato vettoriale, sono associate varie informazioni, quali: la locazione, la forma e gli attributi del bacino stesso. Gli attributi rappresentano le caratteristiche di un oggetto geografico, che sono immagazzinate in una tabella. In questo caso, come mostrato, uno degli attributi del confine del bacino è rappresentato dalla superficie del bacino S. Il confine è sovrapposto all'immagine Landsat 7 del 2 agosto 2000, con una combinazione di bande 3, 2, 1.
Calcolo del coefficiente di erosione relativa (Z)
Il coefficiente di erosione relativa Z dipende dal fattore di protezione del suolo X, dal fattore geolitologico di erodibilità del suolo Y, dal coefficiente che esprime tipo e grado di erosione in atto nel bacino e dalla pendenza media percentuale del bacino I.
I fattori X, Y, e vengono calcolati per mezzo di tabelle previste nel modello stesso. Tali tabelle contengono range di valori corrispondenti a classi che descrivono un fenomeno in atto o la presenza di una caratteristica. Il metodo di assegnazione dei pesi sarà specificato più avanti per ognuno dei fattori.
Calcolo del fattore di protezione del suolo (X)
Copertura del suolo
L'immagine qui a lato rappresenta la copertura del suolo, che ha consentito di distinguere le zone interessate dalla vegetazione da quelle influenzate dall'attività antropica, ed inoltre permette di delimitare e classificare i diversi tipi di coltivazione e di vegetazione all'interno del territorio. Per poter creare dati di copertura 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) che viene impiegata in applicazione in cui si ha una conoscenza dell'area in esame. Tale classificazione è stata elaborata tramite il software Erdas Imagine. Ogni classe di copertura del suolo dell'area di studio è stata assegnata alle classi dei tipi di copertura vegetale previste nella tabella per il calcolo del fattore X.
Per ognuna di queste classi viene scelto un valore all'interno del range nella tabella. Il fattore X di protezione del suolo ad opera della vegetazione è infine calcolato con la seguente formula:
X=((Si * Xi ))/S
Dove
Si = Superficie di ciascuna classe corrispondente ad un tipo di copertura vegetale
Xi = Peso assegnato a ciascuna classe di copertura vegetale
S = Superficie totale del bacino
Fattore X di protezione del suolo
Per il calcolo della superficie di ogni classe è stato necessario convertire i dati della copertura del suolo, da raster a vettoriali, con l'estensione Spatial Analyst di ArcMap. In questo modo si può automatizzare, in ambiente GIS, il calcolo dell'area di ogni copertura del suolo con la funzione Calculate Values, tramite una stringa di comandi in Visual Basic. Successivamente sono stati creati il campo pesi, nel quale sono stati inseriti i pesi relativi alle classi di copertura del suolo, e il campo XxS, nel quale tramite la funzione Calcolate Values è stato calcolato il prodotto tra il peso e l'area di ciascuna copertura del suolo.
Tabella degli attributi
Calcolo di erodibilità del suolo (Y)
Tale immagine rappresenta i coefficienti di erodibilità, che ci consentono di calcolare il fattore geolitologico di erodibilità del suolo ( Y ). Per ottenere questi dati è stato necessario vettorializzare le carte geologiche in modo da avere un file vettoriale di poligoni, che rappresentano le formazioni geologiche affioranti nella zona in esame. Tali poligoni sono stati poi riclassificati in unità litologiche, in modo da meglio esaltarne il comportamento meccanico. Ciascuna di queste unità è stata assegnata alle classi di formazioni affioranti previste nella tabella del calcolo del fattore Y.
Calcolo del fattore relativo al grado e alla tipologia dei processi erosivi
Fattore di erosione visibile
Per quanto riguarda il coefficiente che esprime il grado e la tipologia dei processi erosivi, il modello prevede la scelta di un unico range della tabella, dal quale ricavare un unico valore che descriva questo parametro. In base alla letteratura si è deciso di scegliere la classe relativa all'erosione debole.
Calcolo della pendenza media del bacino (I)
Questa immagine rappresenta le pendenze percentuali nell'area di studio, calcolate sul modello digitale del terreno tramite l'estensione Spatial Analysis di ArcMap. Il software calcola la variazione delle quote tra i valori di ogni cella e quelle ad essi adiacenti. Il risultato è un raster nel quale ogni cella contiene un valore di pendenza in gradi o, come in questo caso, in percentuale. Da questo raster è stato possibile ottenere, tramite calcoli statistici effettuati con ArcMap, il valore della pendenza percentuale media nel bacino.
Calcolo del fattore di riduzione e del volume medio netto annuo di sedimenti (R e W)
Immagine da satellite Landsat 7 del 2 agosto 2000 (combinazione di bande 4, 3, 2)
con il reticolo idrografico.
Il valore di erosione media annua W si riferisce alla produzione lorda di sedimenti del bacino. Per questo motivo occorre moltiplicare tale valore per un fattore di riduzione R al fine di ottenere un valore di sedimento netto, in quanto non tutto il materiale movimentato raggiunge il mare. Il fattore R dipende dal perimetro del bacino, dalla lunghezza dell'asta principale, dalla lunghezza totale degli affluenti e dalla quota media del bacino.
Il perimetro del bacino viene calcolato creando prima il campo Perimetro nella tabella degli attributi del confine del bacino e poi utilizzando la funzione Calculate Values e una stringa di comandi in Visual Basic.
Sedimenti del bacino
La lunghezza degli affluenti e dell'asta principale viene ricavata invece dalla tabella degli attributi del dato vettoriale riguardante il reticolo idrografico, tramite calcoli statistici, effettuati da ArcGIS.
La quota media del bacino viene ottenuta tramite calcoli statistici effettuati sul modello digitale del terreno.