DI MMONITORAGGIO DDELL’EROSIONE CCOSTIERA IIN TTOSCANA · 2008. 6. 19. · fenomeno, dall’altro...

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11 -- PPrreemmeessssaa

La costa della Regione Toscana, fra il territorio continentale e quello insu-lare, si sviluppa per circa 630 km, e di questi circa un terzo (207 km) sonocostituiti da coste basse, sabbiose o ghiaiose. Qui si sviluppano impor-tanti centri urbani, aree industriali e vie di comunicazione, per non parla-re dei siti di eccezionale valore ambientale, con due parchi regionali, espiagge di rilevante interesse turistico, che hanno segnato la storia del-l’utilizzazione balneare dei litorali italiani.La gran parte di questo territorio è stata urbanizzata di recente, dopo chele grandi bonifiche avevano determinato la sconfitta della malaria(Barsanti e Rombai, 1986). Alcuni tratti della costa sono stati salvaguar-dati dalle aggressioni antropiche, prima dalla grande proprietà terrieraprivata e demaniale (che qui per vicende storiche e ambientali ha mante-nuto nel tempo la fisionomia tipica del latifondo rispetto al resto dellaToscana interna appoderata), poi dall’istituzione dei parchi naturali edelle aree protette (Regione Toscana, 1996). Ma è proprio nel momento in cui la popolazione iniziava questa migra-zione dai territori interni verso le coste che quelle aree, così accoglientidal punto di vista ambientale e ricche di opportunità di crescita econo-mica, cominciavano ad essere attaccate dall’erosione da parte del mare.I primi segnali di questo fenomeno si fecero sentire nella seconda metàdel 19° secolo, e già nei primi anni del 20° secolo ampi tratti del litoraletoscano avevano subito forti arretramenti (Albani, 1940). Le aree più col-pite erano quelle poste sull’apice delle cuspidi deltizie, come Boccad’Arno e Bocca d’Ombrone, dove la spiaggia arretrava con tassi di circa10 m/anno (Pranzini, 2001).Le cause sono ben note, ed ascrivibili alla riduzione delle superfici agri-cole a favore delle aree boschive, alla costruzione di dighe e briglie suicorsi d’acqua ed alla estrazione di inerti dagli alvei fluviali. Inoltre, la rea-lizzazione di porti e approdi turistici proprio su quelle coste basse inne-

LLEE RRIICCAADDUUTTEE DDEELL PPRROOGGEETTTTOO BBEEAACCHHMMEEDD--ee OOppTTIIMMAALL SSUULLLLEE SSTTRRAATTEEGGIIEEDDII MMOONNIITTOORRAAGGGGIIOO DDEELLLL’’EERROOSSIIOONNEE CCOOSSTTIIEERRAA IINN TTOOSSCCAANNAA

Luigi Enrico Cipriani1, Enzo Pranzini2

1 Regione Toscana, Direzione Generale delle Politiche Territoriali ed Ambientali2 Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli Studi di Firenze

248 Convegno di Maratea

scava o incentivava i processi erosivi (Pranzini, 1995). Il Ministero deiLavori Pubblici, tramite l’Ufficio del Genio Civile per le Opere Marittime,intervenne in continuazione con la realizzazione e la trasformazione dinumerose opere di difesa rigide (scogliere parallele ed aderenti e pen-nelli), unica tipologia di difesa costiera applicata in Italia fino agli anni‘60. Se da un lato questi interventi consentirono di limitare localmente ilfenomeno, dall’altro innescarono l’erosione nelle spiagge adiacenti e tra-sformarono i litorali sabbiosi in coste rocciose.Nel 1989, con la Legge n. 183 “Norme per la difesa del suolo”, ebbe inizioil trasferimento alle Regioni delle funzioni amministrative relative allatutela della fascia costiera. Successivamente, con il D.L. 112 del 1998,vennero definitivamente conferiti alle Regioni ed agli Enti locali i compitie le funzioni amministrative riguardanti la difesa del suolo, ed in partico-lare quelle relative alla programmazione, pianificazione e gestione inte-grata degli interventi di difesa delle coste e degli abitati costieri (Art. 89).Successivamente, la Regione Toscana, attraverso la Legge regionale n.91/1998, trasferì alle Amministrazioni provinciali le funzioni di progetta-zione e realizzazione delle opere di difesa delle coste e degli abitaticostieri, mantenendo altresì le funzioni di pianificazione, programmazio-ne e controllo di efficacia degli interventi di riequilibrio del litorale. Inquel momento circa il 44 % del litorale toscano era in erosione, il 56% erastabile solo grazie a pesanti opere di difesa, e circa 6 km di costa bassaerano stati trasformati in costa rocciosa per la presenza di difese aderen-ti ed opere portuali, e pertanto erano stati esclusi dal computo dell’evo-luzione delle spiagge (Regione Toscana, 1999).Nel 2001 la Regione Toscana promosse, attraverso una delibera di Giunta,il “Piano regionale di gestione integrata della costa ai fini del riassettoidrogeologico” e nel 2003 approvò e finanziò, con delibera del Consiglio,un programma di interventi di recupero e riequilibrio del litorale con uninvestimento di circa 110 milioni di euro (Regione Toscana, 2004). Il 22Novembre 2002 è stato sottoscritto il “Protocollo d’intesa tra la RegioneToscana e le Province costiere finalizzato alla formazione del Piano regio-nale di gestione integrata della costa ai fini del riassetto idrogeologico eper l’attuazione del programma di interventi prioritari di recupero eriequilibrio del litorale”. Con il Protocollo d’intesa la Regione Toscana si èimpegnata:

- ad affidare gli incarichi per il completamento del quadro conoscitivodella costa;

- a rendere disponibili le risorse finanziarie per l’attivazione delle pro-gettazioni;

- a garantire supporto alle Amministrazioni Provinciali per l’attivazionedelle progettazioni.

Le Province costiere si sono impegnate:

- ad individuare gli enti attuatori;

Coste: Prevenire, Programmare, Pianificare 249

- a garantire la realizzazione dei progetti, d’intesa e con il supportodella Regione;

- a mettere a disposizione tutti gli elementi conoscitivi in loro posses-so.

La Regione si è quindi impegnata a fornire un quadro conoscitivo sulledinamiche in atto e sullo stato del litorale, nonché ad effettuare una ricer-ca sulla piattaforma continentale toscana per identificare, quantificare ecaratterizzare gli eventuali depositi di sedimenti idonei da destinare alripascimento delle spiagge, delegando alle Province la progettazione el’esecuzione degli interventi di difesa e di riequilibrio del litorale.È in questo contesto che la Regione Toscana ha partecipato al ProgettoINTERREG IIIB MEDOCC BEACHMED (Ottobre 2002 - Dicembre 2004), nel-l’ambito del quale il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università diFirenze testò diverse tecniche di monitoraggio costiero valutandonel‘accuratezza, il rapporto costi benefici e l’applicabilità al litorale toscanoai fini di un controllo continuo del processo erosivo (BEACHMED, 2004).

22 -- IIll SSoottttoopprrooggeettttoo OOppTTIIMMAALL

Nel luglio 2005 la Commissione Europea, nell’ambito del ProgrammaINTERREG IIICsud, ha lanciato l’Operazione Quadro Regionale BEACH-MED-e “La gestione strategica della difesa dei litorali per uno svilupposostenibile delle zone costiere del Mediterraneo”, fra Regione Lazio(capofila) e Regione Toscana, Regione Emilia-Romagna, Regione Liguria,Conseil Général de l’Hérault, Direction Régionale de l’EquipementLanguedoc-Roussillon, Generalitat de Catalunya, Region Macédonie del’Est et de la Trace, Région de Crète.L’Operazione BEACHMED-e è stata strutturata in tre linee d’azione, deno-minate Componenti, finalizzate all’individuazione di strumenti specifici dicontrasto alle vulnerabilità indotte da mettere a disposizione delleAmministrazioni territoriali. La Componente 2: ”Progettazione e realizza-zione di strumenti tecnici per la caratterizzazione del fenomeno erosivosu scala europea e per l’impiego sostenibile delle risorse” vede il coordi-namento della Regione Toscana. Per ciascuna Componente sono stateindividuate delle Misure specifiche che approfondiscono le tematiche,individuando gli obiettivi da perseguire nell’ambito di ciascuna di esse daparte delle Amministrazioni coinvolte. All’interno della Componente 2, laMisura 2.1 “Il monitoraggio quantitativo del fenomeno erosivo a scalaregionale e locale”, sotto la responsabilità tecnica della Regione Toscanaed il coordinamento scientifico dell’Università di Firenze, è di particolareimportanza proprio per il grande interesse che queste tematiche rivesto-no per il territorio toscano e per la forte partecipazione di istituti di ricer-ca europei (è la Misura con il più alto numero di parner del ProgettoBEACHMED-e). Le attività iniziate con il precedente Progetto BEACHMED


vengono così riprese e sviluppate nella Misura 2.1 - SottoprogettoOpTIMAL (Optimisation des Techniques Intégrées de MonitorageAppliquées aux Littoraux) che, oltre al Dipartimento di Scienze della Terradell’Università di Firenze (Toscana), vede la partecipazione di altri 9 part-ner: Università di Bologna - DISTART (Emilia-Romagna), Università diGenova - DIPTERIS (Liguria), Università di Roma “La Sapienza”- DST(Lazio), Agenzia Regionale per la Protezione dell’Ambiente -IngegneriaAmbientale- ARPA-IA (Emilia-Romagna), EID Méditerranée (Hérault),Organismo di Sviluppo dell’Isola di Creta orientale - OANAK (Creta),Istituto di Matematica Applicata- IACM-FORTH (Creta), UniversitàDemocritus di Tracia - Laboratorio di Idraulica (Macedonia dell’Est eTracia), Instituto de Ciencias del Mar - ICM (Catalunya). Le attività svolte in questo progetto riguardano i vari aspetti del monito-raggio costiero, dall’analisi delle variazioni della linea di riva e dei fonda-li, alla previsione dell’evoluzione dei ripascimenti artificiali, dall’analisidei flussi sedimentari alla ottimizzazione degli interventi di difesa costie-ra con modelli numerici. Ciò che rende rilevante questo progetto è l’uti-lizzazione di tecniche di rilievo, di analisi e di previsione innovative e l’in-tegrazione fra le varie tematiche.Per l’analisi dell’evoluzione della linea di riva sono stati utilizzati siasistemi di videomonitoraggio di ultima generazione, sviluppando softwa-re specifici per l’estrazione dei dati morfologici della spiaggia (UNIBO eUNIGE), sia immagini rilevate dai satelliti ad alta risoluzione, alle qualisono state applicate varie tecniche di elaborazione per l’estrazione dellalinea di separazione terra-acqua (UNIFI, UNIRM, OANAK, DEMOC). Lewebcam hanno permesso anche l’analisi morfodinamica del litorale,mentre lo studio della variabilità intrinseca della linea di riva ha messo inluce problematiche nuove nella valutazione del processo erosivo a scalaregionale. I rilievi batimetrici hanno visto l’impiego e la validazione delletecniche di LIDAR marino (ALB - Airborne Laser Bathymetry) che hannodimostrato di essere in grado di soddisfare le esigenze di accuratezza edi economicità per molti tratti costieri (EID, ARPA-IA). Inoltre, per incre-mentare l’accuratezza dei rilievi batimetrici, sono stati utilizzati - per laprima volta - punti di controllo a mare (UNIFI). Lo sviluppo di programmiper la valutazione dell’evoluzione dei ripascimenti artificiali, non solosulla base dei volumi impiegati, ma anche delle caratteristiche tessitura-li dei sedimenti nativi e di prestito, ha prodotto un importante strumentodi progettazione (UNIRM). Metodi geofisici ad alta risoluzione sono statiimpiegati per lo studio del prisma sedimentario costiero, consentendorisultati eccellenti anche in acque basse (ICM). Infine, la modellisticanumerica ha dimostrato la propria efficacia nelle scelte progettuali diinterventi di ripascimento, ma ha anche evidenziato la necessità di datibatimetrici e tessiturali di grande accuratezza, a riprova di come i variaspetti analizzati da OpTIMAL necessitino di una costante integrazione(IACM/FORTH))..


33 -- LLee aattttiivviittàà ddii OOppTTIIMMAALL iinn TToossccaannaa

Oltre a coordinare le attività dei vari partner, il Dipartimento di Scienzedella Terra dell’Università di Firenze ha condotto ricerche finalizzate allosviluppo di tecniche di monitoraggio idonee ad analizzare i processi inatto lungo il litorale toscano, tenendo conto delle specifiche caratteristi-che morfologiche e sedimentologiche di questa costa, nonché dellenecessità di pianificazione e progettazione che essa richiede. Ciò haimposto una preliminare analisi delle problematiche, una valutazionedell’accuratezza necessaria e della frequenza spaziale e temporale deidati ottimale per descrivere i processi in atto e per determinare le priori-tà d’intervento.

33..11 -- VVaarriiaabbiilliittàà iinnttrriinnsseeccaa ddeellllaa lliinneeaa ddii rriivvaa

La Regione Toscana dispone di una cartografia dell’evoluzione della lineadi riva in scala 1:5.000 derivata dalla fotorestituzione dei voli del 1938,1954, 1976, 1984/5 (Bartolini et al., 1989) alla quale si sono aggiunti i datiottenuti con rilievi topografici diretti effettuati in occasione di varie ricer-che condotte dall’Università di Firenze per la Regione e per alcuneAmministrazioni provinciali e comunali. Questo archivio è stato aggiorna-to, sempre con rilievi diretti, per tutta la costa toscana nel 2005 nell’am-bito delle indagini promosse dalla Regione per completare il Quadroconoscitivo da mettere a disposizione delle Province per la progettazionedegli interventi di riequilibrio del litorale.Data la forte variabilità spaziale della linea di riva, normalmente i dativengono letti per settori omogenei per i quali si misura la variazione area-le della spiaggia emersa per giungere poi al calcolo della percentuale ditratti in erosione, stabili o in accrescimento. Le elaborazioni condotte nel-l’ambito del Sottoprogetto OpTIMAL hanno mostrato che lo studio dell’e-voluzione della linea di riva effettuato con questo metodo, ed anche congli altri attualmente utilizzati, porta a risultati significativamente diversial variare della lunghezza dei settori considerati. Ciò è stato dimostratoelaborando le ultime due linee di riva disponibili per la spiaggia di PuntaAla (GR) e per quella di Follonica (GR). Per settori compresi fra 50 e 400 metri di lunghezza le differenze nonsono rilevanti, ma una loro ulteriore espansione porta a valori percentualidei tratti in erosione molto diversi (fig. 1). L’attribuzione dei vari tratticostieri a classi di intensità dei processi in atto è ancora più sensibile allascala a cui vengono effettuate le indagini, così come lo è il parametro diUniformità, che descrive il numero di transizioni Erosione/Accrezione chesi registrano al passaggio da un settore all’altro.Successivamente, i risultati ottenuti con questa procedura sono staticonfrontati con quelli ottenuti misurando le variazioni della spiaggialungo transetti con diversa spaziatura. Con settori ridotti e profili ravvici-


nati i risultati appaiono comparabili, ma riducendo la risoluzione dell’a-nalisi (settori più lunghi e transetti più distanti) i risultati divengono note-volmente differenti (fig. 2).In definitiva, il confronto fra lo stato di litorali diversi deve tenere contodelle modalità con le quali sono state ricavate le percentuali dei tratti inerosione e in accrezione. Per la costa toscana, l’adozione di un metodo odell’altro produce quadri dello stato del litorale significativamente diver-si, che potrebbero portare a scelte di pianificazione assai differenti.Se la linea di riva ha variazioni significative a scala spaziale, le ha ancorpiù importanti a scala temporale. Spostamenti della linea di riva cheavvengono nell’arco di pochi giorni possono assumere valori assai supe-riori a quelli che sono i tassi medi annuali di variazione. Ciò pone il pro-blema della significatività di ciascun rilievo e porta in due diverse dire-zioni per trovare una soluzione. Da un lato si potrebbe pensare che rilievi distanziati nel tempo possanoriassorbire la variabilità di breve periodo, ma l’analisi effettuata con web-cam su di un tratto del litorale (Marina di Carrara) indica che, almeno qui,si dovrebbe usare una scala decennale per avere un dato nel quale lavariabilità intrinseca della spiaggia viene ad avere un peso trascurabile.Questa strategia avrebbe il vantaggio di richiedere un costo economicoassai ridotto, ma non fornirebbe quei dati aggiornati, seppure approssi-mativi, necessari alla programmazione della fascia costiera. In alternati-va, potrebbero essere effettuati rilievi con altissima frequenza, dai qualiestrarre una linea di riva “media” rappresentativa di un determinato

Figura 1 - Frequenza delle varie classi di tendenza evolutiva del litorale di Follonica ottenu-ta al variare della scala d’indagine (i.e., lunghezza dei settori in cui viene suddivisa la costa).(da Pranzini e Simonetti, 2008a)


intervallo di tempo. Il controllo del litorale sarebbe strettissimo ma i costiestremamente elevati.L’analisi dei dati raccolti nel tempo, una conoscenza approfondita dellevarie spiagge e interviste a soggetti che operano sul litorale possono por-tare alla definizione della risoluzione temporale opportuna per il monito-raggio delle varie spiagge. In OpTIMAL questo è stato fatto per vari trattidel litorale toscano.

33..22 -- TTeelleerriilleevvaammeennttoo

I problemi connessi con la variabilità spaziale e temporale della linea diriva si ripercuotono sull’accuratezza necessaria nella determinazionedella sua posizione e consentono di riconsiderare il contributo che puòessere fornito dai dati rilevati da satellite nel monitoraggio costiero. Fin dal 1972, anno in cui si resero disponibili le immagini prodotte dalprimo satellite a media risoluzione per l’Osservazione della Terra (ERTS-1, poi ribattezzato Landsat-1) si cercò di utilizzarle per lo studio delle areecostiere, sia nella loro parte emersa che in quella sommersa (Nayak eSahai, 1985; King e Green, 2003).

Figura 2 - Influenza della scala di analisi sulla differenza in valore assoluto fra lo sposta-mento della linea di riva misurato su transetti e per settori. La spiaggia di Punta Ala ha unandamento regolare, mentre quella di Follonica è assai più irregolare per la presenza dinumerose opere di difesa (da Pranzini e Simonetti, 2008b)


Purtroppo lo studio dei processi erosivi non raggiunse mai risultati sod-disfacenti per la scarsa risoluzione geometrica del MultiSpectral Scanner(MSS; 79 m).La messa in orbita dei satelliti Landsat di seconda generazione (1982),con il sensore TM (Thematic Mapper), aprì nuove possibilità grazie alleridotte dimensioni del pixel al suolo (30 m) ed anche ad una maggioreestensione della finestra di osservazione nell’infrarosso, cioè in quellaparte dello spettro elettromagnetico in cui la riflettività dell’acqua e dellasabbia bagnata è prossima a zero.Con SPOT (Système Pour l’Observation de la Terre; 1986), oltre ad un ulte-riore incremento della risoluzione geometrica nelle bande multispettrali(20 m), si creò la possibilità di una loro fusione con la bandaPancromatica con risoluzione di 10 m; cosa possibile solo dal 1999 con idati Landsat ETM (Enhanced Thematic Mapper), in cui vi è una bandaPancromatica a 15 m. Per il monitoraggio di breve e medio termine del-l’erosione costiera una simile accuratezza non era ancora sufficiente,dato che lo spostamento della linea di riva procede in genere con tassiannuali assai inferiori.Recentemente sono stati messi in orbita nuovi sensori che riprendonoimmagini ad altissima risoluzione spaziale e rendono quindi possibileaffrontare il problema del monitoraggio dell’erosione costiera con datitelerilevati. I satelliti Ikonos e Quickbird, ad esempio, acquisiscono immagini multi-spettrali con risoluzione rispettivamente di 4 m e 2,40 m, ed immaginipancromatiche a 1 m e 0,61 m di risoluzione, e quindi compatibili con l’en-tità del fenomeno da monitorare. Entrambi i sensori, però, operano solonell’intervallo spettrale compreso tra 450 e 900 nm e di conseguenza nonacquisiscono dati in quelle bande dell’infrarosso in cui l’acqua modificamaggiormente la risposta spettrale delle superfici e che permettonoquindi di enfatizzare il contrasto fra la sabbia asciutta e quella bagnata e,ipoteticamente, fra terra e acqua. Nonostante ciò, il monitoraggio dell’e-rosione costiera da satellite diventa una possibilità concreta, anche senon sono state ancora sviluppate quelle metodologie certe ed efficaci diestrazione automatica della linea di riva che renderebbero il processo dianalisi e confronto rapido e completamente indipendente dall’operatore.Nell’ambito del Progetto INTERREG IIIB MEDOCC BEACHMED l’Unità ope-rativa di Firenze aveva sviluppato e testato una procedura di estrazionedella linea di riva (isobata zero) da dati Landsat TM e che ne consentiva iltracciamento semiautomatico. Il processo si basava sull’identificazionedel bordo acqua-non acqua fatta su di una banda rilevata nell’InfraRossoVicino (NIR), nell’estrazione della linea di contatto attraverso l’applica-zione di un filtro edge detection e nella sua traslazione in funzione dellapendenza della spiaggia (da rilievi a terra indipendenti) e dei valori dimarea astronomica e barica. In questo modo l’accuratezza raggiunta siaggirava intorno ad 1-2 pixel (BEACHMED, 2004).Con il Sottoprogetto OpTIMAL si è valutata l’efficacia dei tradizionali


algoritmi di estrazione della “linea di riva istantanea” da immagini ad altarisoluzione; ove per linea di riva si intende l’insieme dei punti in cui terra,mare ed aria si incontrano (Pranzini, 2004). Ovviamente questa linea noncostituisce un datum assoluto, ma questo può essere ricavato con le tec-niche di traslazione precedentemente citate.I dati utilizzati sono quelli acquisiti dal satellite Ikonos e l’area di test cor-risponde ad un tratto del litorale del Golfo di Follonica.Preliminarmente è stato effettuato il confronto fra le firme spettrali acqui-site lungo un profilo di spiaggia in punti caratterizzati da diverse condi-zioni di umidità (sabbia asciutta, umida, satura e coperta da un velo d’ac-qua); è così emersa la difficoltà di identificazione della linea di riva suimmagini telerilevate, ma sono anche scaturite indicazioni utili alla scel-ta dell’algoritmo migliore a tale scopo. La misura della distanza media frala linea d’acqua rilevata in situ con DGPS e l’analoga linea estratta auto-maticamente da una immagine Ikonos ha consentito di valutare l’effica-cia delle varie tecniche di elaborazione finalizzate al monitoraggio dell’e-rosione costiera. Lo scostamento medio fra la linea d’acqua estratta dal rapporto B2/B4(Verde/InfraRosso Vicino, fig. 3) e dall’NDWI (Normalised DifferenceWater Index, fig. 4) è risultato inferiore alle dimensioni del pixel al suolo.La distanza fra le due linee risulta essere minima in quei tratti di litoralein cui la pendenza della battigia è elevata, mentre dove questa è mode-sta lo scostamento diventa estremamente variabile (fig. 5).

Figura 3 - Linea di riva rilevata con DPGS al momento del passaggio del satellite sovrappo-sta all’immagine del rapporto B2/B4 (da Carli et al, 2008)


Figura 4 - Linea di riva rilevata con DPGS al momento del passaggio del satellite sovrappo-sta all’immagine del Normalized Difference Water Index (NDWI, da Carli et al, 2008)

Figura 5 - Confronto fra la linea d’acqua estratta dal rapporto B2/B4 di un’immagine Ikonos(rosso) e quella rilevata con DGPS al momento del passaggio del satellite (da Carli et al.,2008)


L’accuratezza della linea d’acqua estratta da dati telerilevati si è dimo-strata quindi tale da consentire il monitoraggio dell’erosione in quei trat-ti costieri in cui il tasso di arretramento è elevato. I risultati qui ottenuticonsentono di affermare che le immagini che verranno acquisite daisatelliti che stanno per essere messi in orbita, e che ospitano sensori amaggiore risoluzione spaziale e con bande di acquisizione più esteseverso l’Infrarosso, consentiranno il controllo dell’erosione costiera anchedove il processo è meno intenso.Contemporaneamente, l’elaborazione delle immagini ha consentito l’in-tegrazione dei dati disponibili sull’erosione costiera e l’aggiornamento al2007 della cartografia regionale relativa (figg. 6 e 7).

Figura 6 - Quadro sintetico dello stato del litorale toscano basato sui rilievi dell’ultimodecennio (Università degli Studi di Firenze)


33..33 -- PPuunnttii ddii ccoonnttrroolllloo aa mmaarree

L’accuratezza dei rilievi batimetrici, anche quando sono state apportatele correzioni per le variazioni del livello marino (marea astronomica ebarica) e sono state effettuate le varie calibrazioni per tenere conto dellecaratteristiche fisiche dell’acqua (temperatura e salinità), non supera i 5cm (BEACHMED, 2004). Nel confronto fra due rilievi successivi, una varia-zione verticale di 10 cm non può quindi essere ritenuta certa. Questovalore, apparentemente basso, può portare a valutazioni errate dellostock sedimentario tali da indurre scelte errate nell’ambito della gestio-ne delle aree costiere. Ponendo, ipoteticamente, la profondità di chiusu-ra alla distanza di 1 km dalla riva, il volume mancante o in eccesso perquesta scarsa accuratezza diventa 100 m3 per metro di litorale: è un volu-me analogo a quello di molti ripascimenti condotti in Italia e nel mondo(Hanson et al., 2002). La valutazione dell’efficacia dell’intervento di ripa-scimento, la previsione della sua durata e dei tempi di ricarica/manuten-zione, è quindi influenzata in modo sensibile da questo errore.Nell’ambito del Sottoprogetto OpTIMAL, per sviluppare una metodologiaatta a migliorare l’accuratezza dei rilievi batimetrici, sono stati infissi sulfondale, a profondità diverse, dei pali in acciaio lunghi 3 m e sporgenticirca 50 cm dal fondo; alla loro sommità è stata posta una piastra metal-lica di 1m x 1m avente lo scopo di riflettere il segnale acustico emesso

Figura 7 - Frequenza percentuale delle varie classi di stato del litorale calcolata sulla basedei rilievi dell’ultimo decennio (Università degli Studi di Firenze)


dagli ecoscandagli (figg. 8 e 9). La piastra è forata in modo da non subiresollecitazioni verticali per le variazioni di pressione che accompagnano ilpassaggio delle onde. Questi Sea Control Points (SCPs) sono stati posi-zionati al largo di Bocca d’Arno e nel Golfo di Follonica e vengono utiliz-zati per correlare profili rilevati in tempi successivi.

Il set di dati più completo è statoottenuto a Bocca d’Arno, dove iSCPs sono posti su di un allinea-mento alle profondità di 3,70 m,5,40 m e 9,50 m. Nella tabella 1compaiono le profondità registratedall’ecoscandaglio (dopo le oppor-tune correzioni) nel punto in cuiincrocia le varie piastre. Nella tabella 2 sono riportate le dif-ferenze di quota rispetto al primorilievo e nella tabella 3 l’errore divolume che si ottiene se i profili nonvengono co-registrati alla piastra.Come si può osservare si sonoavute, nei 5 rilievi ad oggi effettuati,differenze fino a 8 cm.Considerando che la profondità dichiusura per eventi ondosi contempo di ritorno di 10 anni è di 9,1 m(dato BEACHMED-e OpTIMAL) ed èquindi posta a 1350 m da riva, siottiene un errore nella stima delvolume di sabbia presente sui fon-

Figura 9 - Palo di supporto e piastra da 1 m x1 m installata a Bocca d’Arno

Figura 8 - Schema di una rete di Sea Control Points da utilizzare per correlare rilevi batime-trici effettuati in tempi successivi


dali che, nel caso peggiore rilevato, può superare i 100 m3 per metrolineare di spiaggia, mentre mediando gli errori sulle tre piastre si puòsovra- o sotto-stimare il volume di 50 m3/m.I risultati di questa indagine consentono di quantificare l’errore che afflig-ge i rilievi batimetrici pur realizzati con la migliore strumentazione e lamassima attenzione; contemporaneamente mettono in evidenza lanecessità di istituire Punti di Controllo a Mare in quei casi in cui si vogliaeffettuare un monitoraggio accurato dell’evoluzione dei ripascimenti arti-ficiali.

2° Rilievo 3° Rilievo 4° Rilievo 5° Rilievo

0 -27 -91 -67,50 95 108 -41 0,00 54 40 -17 0,00 49 40 -50 -22,50

Tabella 1 - Quota (m) delle piastre rilevata in occasione di cinque rilievi batimetrici diversi

Tabella 2 - Differenze di quota (m) delle piastre rispetto a quella misurata nel 1° rilievo

Tabella 3 - Errore nella stima del volume dei sedimenti (m3/m) per una profondità di chiu-sura a 9,1 m (1350 m da riva a Bocca d’Arno)

Piastra N° 1° Rilievo 2° Rilievo 3° Rilievo 4° Rilievo 5° Rilievo

1 -3,68 -3,68 -3,70 -3,75 -3,73 2 -5,46 -5,39 -5,38 -5,49 -5,46 3 -9,52 -9,48 -9,49 -9,53 -9,52

N° Piastra 1° Rilievo 2° Rilievo 3° Rilievo 4° Rilievo 5° Rilievo

1 0,00 0,00 -0,02 -0,07 -0,05 2 0,00 0,07 0,08 -0,03 0,00 3 0,00 0,04 0,03 -0,01 0,00

Media 0,00 -0,04 -0,03 0,04 -0,02 S.d. 0,04 0,05 0,03 0,03

33..44 -- CCaallccoolloo ddeellllaa pprrooffoonnddiittàà ddii cchhiiuussuurraa

La determinazione della profondità di chiusura è necessaria non solo peril calcolo del volume in un progetto di ripascimento in funzione dell’am-pliamento della spiaggia emersa e della granulometria dei materiali, maanche per ottimizzare il rapporto costi/benefici nei rilievi batimetrici di unpiano di monitoraggio.Sulla base delle caratteristiche del clima meteomarino è possibile deter-minare la profondità di chiusura per eventi con un determinato tempo di


ritorno. Dato che i rilievi batimetrici hanno un costo per metro lineare dirotta (singlebeam) o per metro quadro di acquisizione (multibeam) ogniestensione al largo della zona indagata determina un rapido incrementodei costi. Un’accurata definizione della scala temporale del progetto dimonitoraggio, e quindi una previsione degli eventi estremi attesi, puòportare alla determinazione della fascia di litorale entro la quale sipotranno verificare variazioni batimetriche misurabili: il piano di monito-raggio prevedrà rilievi batimetrici entro tale fascia.In collaborazione con i ricercatori della DEAM s.r.l. è stata calcolata laprofondità di chiusura utilizzando i dati di vento e moto ondoso estrattidagli archivi ECMWF (European Centre for Medium Range WeatherForecasting) di Reading, Inghilterra, messi a disposizione dalla RegioneToscana nell’ambito dello studio commissionato per l’aggiornamento delQuadro conoscitivo costiero.I dati di vento sono quelli simulati dal modello meteorologico ECMWF,mentre i dati di moto ondoso sono simulati mediante il modello spettra-le di terza generazione WAM, a cui vengono forniti in input i campi divento simulati dall’ECMWF; i dati di moto ondoso vengono forniti già vali-dati, attraverso il confronto con i dati altimetrici rilevati dal satelliteTopex.I dati utilizzati si riferiscono a 5 punti griglia e coprono il periodo 1 Luglio1992 - 31 Dicembre 2004 con un passo temporale di 6 ore. Lungo la costatoscana sono state individuate 138 sezioni di calcolo, ognuna rappresen-tativa di un’area considerata sostanzialmente omogenea dal punto divista dell’esposizione al moto ondoso. Poiché la profondità dell’acquanei pressi della costa cambia al variare del livello del mare, si è procedu-to a calcolarne sia la componente dovuta all’escursione di marea, siaquella prodotta dal vento.La profondità di chiusura è stata calcolata sia per gli eventi estremi regi-strati nel periodo di osservazione (12 anni), sia per le condizioni che siverificano nel 95% dei casi. Inoltre, è stata calcolata per eventi con unperiodo di ritorno di 50 anni (fig. 10).L’analisi dei risultati ha messo in evidenza come spesso l’estensione deirilievi batimetrici effettuati nei vari studi non sia stata la più opportuna.In alcuni casi le rotte di acquisizione si sono estese troppo al largo, inci-dendo negativamente sui costi del rilievi, in altri non hanno raggiunto laprofondità di chiusura, tanto che quelli che potevano sembrare errori nelrilievo o nell’elaborazione dei dati sembra che siano imputabili a volumiche si sono mossi al largo entrando o uscendo dalla zona indagata.I programmi di monitoraggio che si andranno a sviluppare in futuro, siaper conoscere le tendenze evolutive del litorale, sia per calcolare la dis-persione dei sedimenti immessi nel sistema costiero con interventi diripascimento artificiale, raggiungeranno la profondità di chiusura relativaal periodo di analisi: decennale per lo studio della risposta della spiaggiaalle opere di difesa o ai ripascimenti artificiali, cinquantennale per ilmonitoraggio di lungo termine del sistema costiero.


33..55 -- AAttttiivviittàà ssvviilluuppppaattee ddaa aallttrrii ppaarrttnneerr

L’integrazione fra le diverse componenti del progetto e la collaborazionefra i vari partner ha fatto sì che anche i risultati di ricerche condotte fuoridalla Toscana siano andate ad incrementare il bagaglio delle conoscenzenecessarie per una corretta impostazione del monitoraggio costiero.L’utilizzazione delle immagini da satellite è stata fatta anchedall’Università di Roma, dalla Democritus University (Macedonia-Est eTracia) e da OANAK (Creta). Con l’Università di Roma vi è stata una stret-ta collaborazione sia nel lavoro di campagna, con l’acquisizione delle

Figura 10 - Profondità di chiusura al 95% massima registrata nei 12 anni di osservazione eper un periodo di ritorno di 50 anni. Elaborazione DEAM per il Progetto OpTIMAL


firme spettrali della spiaggia, sia nella determinazione dei migliori algo-ritmi per l’estrazione della linea di riva. I due partner greci, applicando iltelerilevamento ad estesi tratti costieri, ne hanno dimostrato l’efficacia el’economicità e confermato i livelli di accuratezza ottenuti sulla costatoscana.Per quanto riguarda il LiDAR marino (ALB), nel precedente ProgettoBEACHMED era stato effettuato un volo lungo il litorale settentrionaledella Toscana, ma non era stato possibile acquisire dati batimetrici perl’elevata torbidità delle acque costiere. I test effettuati da ARPA-IA e EIDMéditerranée in OpTIMAL, al contrario, hanno dimostrato l’applicabilitàdi questo sistema anche per acque costiere non lontane dalle foci fluvia-li. Il confronto con rilievi contemporanei singlebeam entro i 4,5 m di pro-fondità ha mostrato scostamenti medi dal dato batimetrico ALB inferioriai 5 cm, mentre procedendo verso il largo, fino ai -10 m, le differenze rag-giungono i 60 cm. Il metodo si è dimostrato economicamente vantaggio-so, se applicato ad estesi tratti costieri, e l’elevata densità dei punti con-sente una buona rappresentazione delle morfologie, anche sulla spiaggiaemersa, estremamente utili per l’analisi del rischio costiero. Questametodologia verrà quindi presa in considerazione per eventuali futuriaggiornamenti dai dati batimetrici a scala regionale.Anche l’acquisizione di immagini con webcam era stata effettuata nelprecedente progetto BEACHMED, utilizzando sistemi semplici ed econo-mici ma che avevano comportato notevoli problemi di georeferenziazionedelle immagini e di operabilità. I dati forniti dai sistemi più complessi uti-lizzati in OpTIMAL dalle Università di Bologna e di Genova sembrano giu-stificare l’impegno finanziario associato e potranno essere utilizzatianche in Toscana in quei casi in cui è fondamentale una più approfonditaconoscenza della morfodinamica costiera, come sui litorali che ospitanocomplessi sistemi di barre o dove la variabilità temporale della linea diriva è elevata.Il modello sviluppato dall’Università di Roma, per la previsione delladurata dei ripascimenti artificiali viene testato anche su di un interventorealizzato in Toscana (Comune di Carrara), e sarà certamente impiegatoper i nuovi progetti in fase di elaborazione.Anche la modellistica numerica applicata alla ottimizzazione dei progetti,già utilizzata per molti interventi realizzati lungo la costa toscana, ha tro-vato nel confronto con IACM/FORTH (Creta) un’occasione di ulteriore veri-fica; nell’ambito di OpTIMAL si è valutata la dipendenza dei risultati deimodelli dall’accuratezza dei dati batimetrici di input, evidenziando lanecessità di rilievi di estrema accuratezza.Le indagini geofisiche eseguite da ICM (Catalogna) per la caratterizzazio-ne volumetrica e sedimentologica del prisma costiero sopraflutto ad unastruttura portuale (Masnou) sono di grande interesse per la RegioneToscana, dove situazioni analoghe si ritrovano in corrispondenza del portidi Marina di Carrara e di Viareggio, e dove si pone il problema di un’otti-male utilizzazione e di una gestione strategica dei sedimenti disponibili.


44 -- CCoonncclluussiioonnii

Il Sottoprogetto OpTIMAL, nel quale la Regione Toscana ha svolto il ruolodi Responsabile tecnico, ha avuto ricadute positive immediate con l’ac-quisizione di dati aggiornati sullo stato del litorale e con una rielabora-zione dei dati di archivio, che ha mostrato la complessità dei processi inatto e la necessità di protocolli standardizzati per la loro quantificazione.In base a ciò, il piano di monitoraggio di lungo termine su tutto il litoraleregionale e quelli di breve termine per valutare l’efficacia degli interventidi riequilibrio sono stati ridefiniti.Nella nuova impostazione i tempi e le tecniche di rilievo tengono contodell’accuratezza dei dati ottenibili, della variabilità spaziale e temporaledella linea di riva e della profondità di chiusura. L’elaborazione dei dati,sia per la definizione dello “stato” dei singoli tratti costieri, sia per la pro-duzione di quadri sintetici sullo stato del litorale a livello regionale, tieneora conto di quanto prodotto in OpTIMAL, sia dal partner regionale,l’Università di Firenze, che dagli altri afferenti al Progetto.Le occasioni di scambio di informazioni e di confronto fra le problemati-che locali sono scaturite anche dai numerosi field trip effettuati durantele Conferenze che si sono svolte nelle varie sedi dei partner regionali(OQR). È stato infatti possibile visitare litorali che presentano problema-tiche simili a quelle di alcuni tratti del litorale toscano e conoscere lesoluzioni adottate. Dall’erosione della costa dell’Hérault, con gli inter-venti di difesa del litorale e di stabilizzazione delle dune, ai problemiindotti dal porto di Masnou (Catalogna), dall’erosione del delta del FiumeNestos (Macedonia orientale - Tracia) e delle pocket beach di Creta, si èavuta un’ampia panoramica di situazioni presenti anche lungo la costatoscana ed è stato possibile analizzare soluzioni gestionali e progettualidiverse.Tutto ciò dimostra l’estrema utilità di progetti in cui la componente ammi-nistrativa collabora in modo stretto con quella scientifica in un quadrointernazionale nel quale le singole esperienze vengono messe in com-partecipazione e discusse dai diversi punti di osservazione. La presa dicoscienza che a livello del Mediterraneo si ripresentano le stesse proble-matiche, magari in stadi storici diversi, conferma la necessità di una mag-giore circolazione delle idee e delle esperienze, cosa che OpTIMAL, etutto il Progetto BEACHMED-e hanno reso possibile, creando una rete direlazioni che continuerà a dare frutti anche in futuro e che verranno divul-gati attraverso il sito del progetto (www.beachmed.eu).


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