Progetto VOSS
Descrizione della ricerca

TITOLO
Studio modellistico-sperimentale della subsidenza dei terreni torbosi e previsione dell'evoluzione altimetrica della zona Sud-Orientale del bacino scolante della Laguna di Venezia in relazione alle variazioni climatiche
Modelling and experimental study of the organic soil compaction and prediction of the land subsidence related to climate changes in the South-Eastern area of the Venice Lagoon catchment (VOSS - Venice Organic Soil Subsidence)



DESCRIZIONE DELLA RICERCA
E' noto che nei comprensori agricoli caratterizzati da suoli ad alto contenuto organico si verificano fenomeni di abbassamento del terreno per perdita di massa causata dall'ossidazione delle torbe e che il fenomeno dipende principalmente dal contenuto d'acqua nei terreni. Per la valutazione dell'impatto che questo tipo di subsidenza puo' avere nella gestione del territorio si propone uno studio modellistico-sperimentale per la previsione di tale fenomeno nell'area del Veneto Sud-Orientale. Lo studio proposto sara' basato su un modello idrologico di flusso delle acque superficiali e sotterranee e su un modello per il calcolo della subsidenza delle torbe. Per la formulazione e taratura del modello si procedera' all'individuazione di un sito sperimentale di dimensioni opportune, all'installazione e calibrazione della strumentazione per la determinazione della perdita di CO2 in atmosfera e nelle acque di falda, oltre a dati sperimentali sul regime idrologico dell'area. Sara' eseguita una dettagliata analisi mineralogica, geochimica e tessiturale dei sedimenti recenti contenenti i livelli torbosi atta all'individuazione di correlazioni tra tali parametri ed i flussi di CO2 .Successivamente, saranno effettuate le prime campagne di monitoraggio e, parallelamente, messi a punto i modelli previsionali e acquisiti i dati satellitari per il bacino di interesse.

I dati raccolti dalle campagne di monitoraggio e dalle indagini di laboratorio sui campioni di sedimento, acqua e gas prelevati dal sito verranno analizzati ed elaborati per la calibrazione dei modelli matematici. Il modello di subsidenza per ossidazione delle torbe sara' calibrato sul sito sperimentale; la componente di abbassamento naturale, presente in tutta l'area lagunare sara' valutata con maggior dettaglio rispetto alle stime oggi a disposizione utilizzando le nuove datazioni eseguite sui sedimenti del pozzo VE CNR1. L'estensione delle zone torbose nell'area di interesse sara' individuata attraverso l'analisi di immagini satellitari e verra' predisposto un GIS per l'organizzazione dei dati e risultati dello studio.

I modelli verranno utilizzati per la previsione dell'altimetria del sito sperimentale per diversi scenari di bonifica e di pratiche agronomiche in considerazione degli ipotizzati effetti dei cambiamenti climatici, in particolare dell'innalzamento del livello medio del mare e della salinizzazione dell'acqua interstiziale dei sedimenti, forniti dalla linea 3.1a. L'applicazione modellistica verra' estesa a scala di bacino.Tutti i dati raccolti ed i risultati ottenuti saranno inseriti nel GIS.
Agricultural farmland located in the South-Eastern part of the Veneto Region is characterized by the presence of soils with high organic content, or peats. It is well known that peaty soils are subject to loss of mass due to oxidation of their organic component, causing the lowering of ground elevation. The phenomenon, which is mainly controlled by the water content and the temperature of the soil, may have an adverse effect on the sustainable development of the area. The present research proposal is aimed at the development of modeling and experimental tools for the prediction of this type of subsidence that can be effectively used in the management strategies for the farmland South of the Venice Lagoon. The proposed study will be based on a hydrological numerical model for simulating surface and subsurface flow coupled with a peat subsidence model. The development and validation of the model will be accompanied by extensive laboratory and field experiments on a site to be selected in the area of interest.

The experiments will be concerned with the evaluation of CO2 fluxes from the soil into the atmosphere and in the drainage water, the determination of hydrogeological parameters (soil characteristics, soil moisture, permeabilities, etc). Data on the hydrological regime of the area under consideration will also be collected during the project duration. A detailed analysis on the mineralogic and geochemical properties of the recent sediments that contain the peats will be carried out for the determination of the correlation between these parameters and CO2 fluxes. The areal extent and distributions of the peats will be determined by means of satellite images. A more accurate estimate of natural subsidence, with respect to data available to date, will be carried out by means of a simulation model incorporating the newly available data from the sediments of the VE CNR1 well. The set of developed models will be used for forecasting the spatial distribution of ground elevation in the area based under different management scenarios conceived taking into account various agricultural and drainage practices and the predicted effects of climate changes, in particular sea level rise.

The subsidence simulation model will be extended to the entire basin where peats are located. Further experimental campaigns will be carried out for the characterization of the horizontal and vertical distribution of the shallow peat layers and for further elevation measurements. In particular, the peat areal distribution, obtained in phase one by satellite images, will be complemented with data on the vertical thickness of organic layers.



METODOLOGIE
Lo studio sara' condotto con modelli di simulazione, metodologie ed apparecchiature sperimentali in sito ed di laboratorio all'avanguardia.Gli strumenti modellistici previsivi (di flusso superficiale e sotterraneo, di subsidenza naturale e per ossidazione delle torbe, di trasporto del sale nelle falde acquifere) saranno costituiti da codici agli elementi finiti robusti ed affidabili. Le simulazioni saranno condotte su griglie non strutturate ad elevata risoluzione per la ricostruzione dettagliata della geologia della zona di interesse. Saranno utilizzati schemi iterativi tipo Picard e Newton per la soluzione delle non linearita' dei modelli e solutori proiettivi iterativi precondizionati tipo Gradiente-Coniugato per la soluzione efficiente dei sistemi lineari sparsi simmetrici e non simmetrici di grandi dimensioni generate dall'applicazione del metodo degli elementi finiti.

Le simulazioni saranno condotte sul supercomputer parallelo Compaq ES in possesso al gruppo proponente.Le indagini sperimentali in sito per la valutazione dei flussi di CO2 saranno condotte con una metodologia e strumentazione recentemente sviluppata e messa a punto per lo studio della subsidenza delle aree torbose del delta dei fiumi Sacramento - San Joaquin in California che prevede l'utilizzo di un'apposita camera per la cattura della CO2, di gas cromatografo per la misura della concentrazione del gas e di spettrometri di massa per la separazione della CO2 da ossidazione delle torbe da quella della traspirazione delle piante.

L'indagine sperimentale in sito sara' completata da piezometri e misurazioni con TDR e/o Neutron Probe per la determinazione del livello di falda e del contenuto di acqua nel terreno, nonche' da estensimetri per la misurazione della compattazione dei livelli torbosi.La sperimentazione in laboratorio per la definizione dei legami funzionali tra le caratteristiche mineralogiche, geochimiche e tessiturali dei sedimenti e i flussi di CO2 verranno condotte mediante Scanning Electron Microscope equipaggiato di Energy Dispersive Spectrometer (SEM-EDS), Electron Microprobe (EMP-EDS) e tramite Analisi dell'Immagine.L'estensione areale delle zone torbose presenti nel bacino Sud-Orientale scolante in Laguna di Venezia sara' individuata attraverso l'analisi di immagini da satellite. Verranno utilizzati due tipi di sensori satellitari: il Landsat Thematic Mapper 7 e l'Ikonos. Le caratteristiche tecniche dei due sensori permetteranno di rilevare la geometria del territorio con un dettaglio di circa 1 metro (dal sensore Ikonos pancromatico) e di classificarlo per la presenza di torbe con un dettaglio di 30 metri. Il controllo altimetrico dell'area di interesse sara' eseguito attraverso livellazioni geometriche di alta/altissima precisione e attraverso misurazioni con GPS differenziale.



RISULTATI ATTESI