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Natural versus anthropogenic subsidence of Venice
Full text linkWe detected land displacements of Venice by Persistent Scatterer Interferometry using ERS and ENVISAT C-band and TerraSAR-X and COSMO-SkyMed X-band acquisitions over the periods 1992–2010 and 2008–2011, respectively. By reason of the larger observation period, the C-band sensors was used to quantify the
long-term movements, i.e. the subsidence component primarily ascribed to natural processes. The high resolution X-band satellites reveal a high effectiveness to monitor short-time movements as those induced by human activities. Interpolation of the two datasets and removal of the C-band from the X-band map allows discriminating between the natural and anthropogenic components of the subsidence. A certain variability characterizes the natural subsidence (0.9 +- 0.7 mm/yr), mainly because of the heterogeneous nature and age of the lagoon subsoil. The 2008 displacements show that man interventions are responsible for movements ranging from -10 to 2 mm/yr. These displacements are generally local and distributed along the margins of the city islands
Ers and Envisat Differential Sar Interferometry for subsidence monitoring
No full textThis paper reports on the potential of differential SAR interferometry to map land subsidence. After a presentation of the methodology, the focus will be on feasibility demonstration and accuracy assessment. The theoretical considerations are verified with the selected cases Ruhrgebiet, Mexico City, Bologna, and Euganean Geothermal Basin, representing fast (m/year) to slow (mm/year) deformation velocities. The accuracy of the generated deformation maps and the maturity of the required processing techniques lead to the conclusion that differential SAR interferometry has a very high potential for operational mapping of land subsidence. The high reliability of the ERS satellites, with the huge data archive starting in 1991, strongly supports this application. The planned ENVISAT ASAR has the potential to maintain good data availability into the future. This will, nevertheless, strongly depend on the sensor operation strategy.PublishedGothenburg,Sweden6A. Monitoraggio ambientale, sicurezza e territorioope
Validation of ERS differential SAR interferometry for land subsidence mapping: the Bologna case study
No full textThe city of Bologna, Italy, is ideal to assess the potential of ERS differential SAR interferometry for land subsidence mapping in urban areas for a couple of reasons: the subsiding area is large and presents important velocities of the vertical movements; there is a typical spatial gradient of the vertical movements; many ERS SAR frames are available; a large scientific community is involved in the study of subsidence; a large amount of levelling data is available. We analyzed a time series of ERS- 1/2 data from August 1992 to May 1996 and compared the subsidence maps derived from ERS SAR interferometry and levelling surveys. We conclude that for the mapping of land subsidence in urban environments ERS differential SAR interferometry is complementary to levelling surveys and GPS with regard to cost effectiveness, resolution and accuracy
Ers and Envisat Differential Sar Interferometry for subsidence monitoring
No full textThis paper reports on the potential of differential SAR interferometry to map land subsidence. After a presentation of the methodology, the focus will be on feasibility demonstration and accuracy assessment. The theoretical considerations are verified with the selected cases Ruhrgebiet, Mexico City, Bologna, and Euganean Geothermal Basin, representing fast (m/year) to slow (mm/year) deformation velocities. The accuracy of the generated deformation maps and the maturity of the required processing techniques lead to the conclusion that differential SAR interferometry has a very high potential for operational mapping of land subsidence. The high reliability of the ERS satellites, with the huge data archive starting in 1991, strongly supports this application. The planned ENVISAT ASAR has the potential to maintain good data availability into the future. This will, nevertheless, strongly depend on the sensor operation strategy.PublishedGothenburg,Sweden6A. Monitoraggio ambientale, sicurezza e territorioope
Long-term geotechnical response of Venice coastal defences detected by Persistent Scatterer Interferometry
No full textWith a surface area of about 550 km2 the Venice Lagoon is the largest Italian wetland, open in the Upper Adriatic Sea to the highest tides of the Mediterranean Sea. The lagoon is connected to the sea through three inlets, which divide the narrow littoral strip separating the inner water body from the Adriatic. Several nearshore and offshore structures have been constructed over the decades to protect such a unique city and its coastal environment from sea storms and high waters, whose frequency and level are increasing due to relative sea level rise. Long jetties have been built at the inlets between the end of the 18th and beginning of the 19th centuries and then reinforced between 1994 and 1997. Since 2003, in the framework of the MOSE construction (i.e., the project of mobile barriers for the temporarily closure of the lagoon to the sea), the jetties have been extended, new breakwaters have been constructed in front of the inlets, and a small island has been realized within the Lido inlet to support the MOSE gates. An accurate quantification of the movements of these coastal defense structures due to long-term consolidation has been carried out by Persistent Scatterer Interferometry (PSI) using ENVISAT ASAR and TerraSAR-X images acquired from April 2003 to December 2009 and from March 2008 to January 2009, respectively. The displacements range between few mm/yr for the structures older than 10 years up to 50-70 mm/yr for those realized few years ago. The PSI measurements have been combined with the outcome of a detailed geomechanical characterization of the lagoon subsoil down to -50 m depth below msl. The geotechnical dataset has been collected at a test site located on the northern littoral where an instrumented 20 m radius, 6.7 m high vertically-walled reinforced sand embankment was built at the end of 2002 and monitored till to 2007. The use of the derived stress-strain properties together with the actual lithostratigraphy below the structures, which is available from several piezocone profiles and boreholes, allow for the computation of secondary compression (consolidation) rates that match very well the PSI-derived movements. The results provide important information on the expected time-dependent settlement of these structures and prove the potentiality of PSI in controlling the geomechanical response of large coastal structures.PublishedBerlin, Germany6A. Monitoraggio ambientale, sicurezza e territorioope
SAR Interferometry for ground vertical displacement of small islands in the Venice Lagoon: the case of Murano Island
No full textOur knowledge of the dynamics of vertical ground movements plays a fundamental role in the study of the geomorphological processes, particularly for determining sediment deposition and erosion causes. The conservation of lagoon morphological structures such as salt marshes and tidal flats, besides erosion due to waves and currents, depends on their surface height with respect to the sea level that, for short periods, is primarily related to the land subsidence process and secondarily to eustasy. Ground vertical variations with respect to the sea level, even if small, can, in fact, trigger sediment erosion and deposition processes.
To determine land displacement rates in small islands of the Venice Lagoon not covered by traditional surveys (levelling and differential GPS), SAR-based monitoring techniques, i.e. differential SAR interferometry (INSAR) and interferometric point target analysis (IPTA) from ERS-1 and ERS-2 satellites, were performed. We will use the Murano Island for our example in this contribution.Published157-1606A. Monitoraggio ambientale, sicurezza e territorioope
LA SUBSIDENZA E L’EUSTATISMO DEL VENEZIANO
No full textLa perdita altimetrica totale nell’area veneziana, riferita al livello medio del mare (relative sea level rise), valutata nel corso del XX secolo in circa 23 centimetri, è notoriamente dovuta a cause diverse, ovvero la subsidenza geologica, quella indotta dall’estrazione d'acqua dal sottosuolo per uso prevalentemente industriale (concentrata in alcuni decenni al centro del periodo), ed infine la crescita del livello marino.
La ricerca sulla subsidenza di Venezia concluse la prima complessa fase negli anni ’90, dimostrando, tra le altre cose, l’arresto del processo antropo-indotto e registrando negli anni ’70 una esigua ma indubbia inversione (rebound) a seguito della ripressurizzazione naturale del sistema acquifero. La stabilità del centro storico veneziano è stata confermata nel 2000 da un monitoraggio integrato con misure topografiche, satellitari e mareografiche. La subsidenza ha comunque provocato 10-14 cm di abbassamento della città che, per le caratteristiche geomeccaniche del sottosuolo, risulta pressoché irreversibile.
Gli studi più recenti sono stati condotti alla scala dell'intera area lagunare veneziana. Sono state analizzate le cause naturali e antropiche della subsidenza e sono stati messi a punto sistemi di monitoraggio innovativi. In particolare è stato sviluppato un originale sistema di monitoraggio integrato che utilizza diverse metodologie di rilevamento quali livellazioni, GPS (differenziale ed in continuo), interferometria satellitare convenzionale (InSAR) e interferometria su riflettori permanenti (IPTA). Il sistema è in grado di fornire risultati sia in specifiche aree urbane di interesse che a scala regionale, con elevata risoluzione spaziale e precisione verticale millimetrica. Esso è stato applicato per ricostruire gli spostamenti verticali del territorio nel decennio 1992-2002, ed ha confermato la stabilità delle aree centrali del bacino lagunare, ivi compresa la città di Venezia, evidenziando invece la gravità del processo in atto in diversi centri urbani di terraferma e nei litorali turistici.
Stime attendibili sulla tendenza eustatica sono state calcolate su serie storiche secolari, cioè sufficientemente lunghe da non risentire di variabilità e ciclicità di breve periodo, non significative nella valutazione di tendenza. Per l'ultimo secolo l’innalzamento del medio mare in Alto Adriatico è stato calcolato in circa 1.20 mm/anno sulle serie storiche mareografiche, ad esempio, di Trieste. Analisi statistiche di dettaglio hanno verificato la presenza di un unico trend lineare per Trieste stessa, sebbene con un andamento oscillatorio sul breve periodo, ma non per Venezia dove, in concomitanza con il periodo influenzato dalla subsidenza antropica, il livello del mare esibiva una apparente crescita anomala significativamente più elevata di Trieste.
E' stata ampiamente verificata la presenza di fluttuazioni del livello marino che a Venezia hanno una ciclicità dell’ordine di 20 anni, per cui si presentano andamenti tendenziali estremamente variabili al variare della finestra temporale assunta per il calcolo: tra 1.97 mm/anno sui 35 anni dal 1973 al 2007 a -2.64 mm/anno negli ultimi 6 anni. Una stima affidabile dell’andamento tendenziale del livello medio del mare può essere pertanto eseguita solo se si dispone di un periodo di misure della lunghezza di almeno 2 – 3 volte la fluttuazione caratteristica, e non certo confrontando medie quinquennali/decennali. Questo dà un'idea di quale cautela sia necessaria nelle valutazioni, e per il territorio veneziano in particolare.
Con tutt’altra angolazione, il confronto tra la frequenza delle macchie solari e quella dei sovralzi di marea di origine meteorologica (che alla fine dei conti determinano le inondazioni) evidenzia la forte correlazione riscontrata negli ultimi 40 anni tra i due fenomeni: la spiegazione di questo è completamente da investigare.Accademia Nazionale dei LinceiPublishedAccademia Nazionale dei Lincei, Roma, Italy6A. Monitoraggio ambientale, sicurezza e territorioope
SAR Interferometry for ground vertical displacement of small islands in the Venice Lagoon: the case of Murano Island
No full textOur knowledge of the dynamics of vertical ground movements plays a fundamental role in the study of the geomorphological processes, particularly for determining sediment deposition and erosion causes. The conservation of lagoon morphological structures such as salt marshes and tidal flats, besides erosion due to waves and currents, depends on their surface height with respect to the sea level that, for short periods, is primarily related to the land subsidence process and secondarily to eustasy. Ground vertical variations with respect to the sea level, even if small, can, in fact, trigger sediment erosion and deposition processes.
To determine land displacement rates in small islands of the Venice Lagoon not covered by traditional surveys (levelling and differential GPS), SAR-based monitoring techniques, i.e. differential SAR interferometry (INSAR) and interferometric point target analysis (IPTA) from ERS-1 and ERS-2 satellites, were performed. We will use the Murano Island for our example in this contribution.Published157-1606A. Monitoraggio ambientale, sicurezza e territorioope
COSMO-SkyMed vs RADARSAT-2 for Monitoring Natural and Anthropogenic Components of the Land Movements in Venice
No full textWe present the result of a test aimed at evaluating the capability of RADARSAT-2 and COSMO-SkyMed to map the natural subsidence and ground movements induced by anthropogenic activities in the historical center of Venice. Firstly, ground movements have been retrieved at quite long- and short-term by the Persistent Scattered Interferometry (PSI) on 2008-2015 RADARSAT-2 and 2013-2015 COSMO-SkyMed image stacks, respectively. Secondly, PSI has been calibrated at regional scale using the records of permanent GPS stations. Thirdly, considering that over the last two decades “in the historical center of Venice” natural land movements are primarily ascribed to long-term processes, and those induced by human activities act at short-term, we have properly resampled 83-month RADARSAT-2 C-band and 27-month COSMO-SkyMed X-band interferometric products by a common grid and processed the outcome to estimate the two components of the displacements. Results show that the average natural subsidence is generally in the range of 0.9 – 1.1 mm/yr and the anthropogenic ground movements are up to 2 mm/yr.PublishedPrague, Czech Republic,6A. Monitoraggio ambientale, sicurezza e territorioope
La subsidenza del Veneziano (Sintesi dei risultati)
No full textE’noto che alla riduzione altimetrica del veneziano avvenuta nel corso del XX secolo, e valutata 23 cm rispetto al livello del mare, hanno contribuito, con diversa incidenza, la subsidenza geologica, la subsidenza indotta dai pompaggi di acque artesiane e l’innalzamento del livello del mare.
La ricerca sulla subsidenza di Venezia, iniziata nel 1969 con la nascita dell’Istituto per lo Studio della Dinamica delle Grandi Masse del CNR, oggi Istituto di Scienze Marine, concluse la prima complessa fase negli anni ’90, dimostrando, tra le altre cose, l’arresto del processo antropico indotto dagli sfruttamenti artesiani intensivi operati per uso industriale, soprattutto nel ventennio 1950-1970, e registrando nel 1975 un esiguo ma significativo rebound a Venezia. L’avvenuta subsidenza geomeccanica aveva comunque provocato 10-14 cm di irreversibile abbassamento del suolo, con le relative conseguenze.
Gli studi a carattere geologico (litostratigrafici, sedimentologici, idrogeologici, ecc.), geofisico, le analisi modellistiche, le misure in situ ed i rilievi altimetrici condotti, se da un lato rassicurarono sull’arresto della subsidenza indotta e sulla stabilità della città lagunare, dall’altro attestarono la necessità di approfondire alcuni aspetti della ricerca ed evidenziarono che il processo subsidenziale era ancora in atto con tassi non trascurabili lungo certi tratti litoranei, alle estremità lagunari e zone limitrofe.
Si sono quindi approfonditi ed ampliati gli studi riguardo alle cause naturali e antropiche della perdita altimetrica del suolo.
La subsidenza naturale é stata quantificata con maggiore accuratezza individuandone le cause agenti sul breve e lungo periodo; il tasso medio di lungo periodo, calcolato sull’intera serie quaternaria, variabile da 0.3 a 0.5 mm/anno (Kent et al., 2002), è principalmente ascrivibile all’attività tettonica regionale, mentre il tasso medio di breve periodo stimato in circa 1.3mm/a per gli ultimi 40'000 anni è imputabile alla consolidazione naturale dei sedimenti di apporto recente (Bortolami et al., 1984). Negli ultimi secoli il valore della consolidazione naturale veneziana è sensibilmente diminuito fino a ≤0.5mm/anno (Gatto & Carbognin, 1981; Brambati et al., 2003; Carbognin et al., 2005a).
Stime attendibili sul trend eustatico sono state calcolate su serie storiche secolari, cioè sufficientemente lunghe da non risentire dei "cicli di breve periodo", non significativi nella valutazione di tendenza (Carbognin & Taroni, 1996). L’innalzamento del livello del mare, uno dei 3 tre fattori responsabili della perdita altimetrica relativa misurata a Venezia, è stato calcolato in circa 1.2 mm/anno (depurato dall’effetto subsidenza) per il periodo 1896 – 2002.
Per l’analisi delle cause della subsidenza, per le conseguenze sull’ambiente e per gli sviluppi metodologici, la ricerca si è ampliata anche al di fuori del bacino lagunare dapprima verso il comprensorio meridionale Veneziano-Padovano, dove, per le caratteristiche geomorfologiche del territorio, la subsidenza in atto induce un serio impatto ambientale e socio-economico. In particolare è stata analizzata la subsidenza geochimica che interessa il bacino scolante meridionale, la cui causa principale é da attribuirsi alla perdita di massa per ossidazione che avviene in corrispondenza delle aree bonificate ad uso agricolo in presenza di terreni torbosi superficiali. Nelle zone studiate, dove vaste zone si trovano a quote decisamente inferiori al l.m.m., fino a -4 m, solo per gli ultimi 70 anni è avvenuta una subsidenza superiore a un metro (Figura 4). Anche la contaminazione salina dei suoli, molto estesa in quest’area, è causa di compattazione geochimica dei terreni limo-argillosi.
In seguito gli studi hanno interessato le aree nord-orientali della Provincia di Venezia, dove il confronto spazio-temporale dei rilievi altimetrici 2000/1993 aveva evidenziato, tra l’altro, un aumento dei tassi di subsidenza nei settori litorali a vocazione turistica di Cavallino-Jesolo-Caorle ( 4 mm/anno). La livellazione 2004, sebbene confrontabile con la precedente solo su alcuni tratti, conferma questi valori dimostrando la gravità del processo in atto in diversi centri urbani di terraferma e nei litoranei turistici.
Per quanto riguarda il monitoraggio della subsidenza, che avveniva principalmente con le livellazioni geometriche, in anni recenti le tecniche basate su misure satellitari con il GPS e l'analisi di immagini radar di tipo SAR, hanno allargato il numero dei sistemi utilizzabili.
Con l'intendimento di migliorare le possibilità e la qualità del monitoraggio, sia in specifiche aree urbane di interesse che a scala regionale, è stata sviluppata un'originale procedura di integrazione dei risultati forniti dalle diverse metodologie di rilevamento, cioé livellazioni, GPS differenziale ed in continuo, interferometria satellitare convenzionale (InSAR) e interferometria su riflettori permanenti (IPTA), in modo da superare i limiti di ogni singola tecnica. Tale sistema di monitoraggio integrato (SIMS) è stato applicato per ricostruire gli spostamenti verticali del territorio nel decennio 1992-2002, con elevata risoluzione spaziale e precisione verticale millimetrica.PublishedMestre-Venezia6A. Monitoraggio ambientale, sicurezza e territorioope
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