Tosi, Luigi

Geomorpholgical variations have been naturally occurring in the Lagoon of Venice since its formation. In recent times, however, complex morphodynamic changes, caused by natural processes and by the direct or indirect impact of man activities have been recognised. Moreover, there remains a lack of knowledge concerning sediment erosion, re-suspension, transport and sedimentation, sea-lagoon balance and the role played by the hydrodynamics. A detailed study of the Scanello salt marsh area, in the Northern part of the Venice Lagoon, was carried out, in order to better understand the erosion-transport-sedimentation processes and the hydrodynamics interaction. Understanding the role that the hydrodynamics plays in the erosion, transportation and deposition of sediments in this test area, is essential to the understanding the morphological variations, that are presently occurring in the Venice Lagoon and morphological and environmental restorations required. A 2D hydrodynamic finite element model was used to provide the circulation field of the entire Venice basin. Results obtained by different simulations allowed the investigation of the main hydrodynamic features of the Scanello area.

In questo lavoro vengono riportati i risultati di uno studio mineralogico sui livelli di sabbia dei sedimenti tardo-quaternari attraversati da 18 sondaggi a carotaggio continuo effettuati lungo il cordone litoraneo che delimita la Laguna di Venezia. Viene pure descritta una nuova metodologia di analisi usata al fine di ottenere parametri utili alla caratterizzazione dei vari livelli di sabbie in esame. La determinazione della composizione-mineralogica e chimica dei sedimenti sabbiosi mediante la microsonda elettronica, si e' dimostrata particolarmente efficace consentendo una dettagliata e rapida descrizione dei sedimenti. Lo studio mineralogico delle sabbie ha permesso inizialmente la differenzazione dei sedimenti olocenici da quelli tardo-pleistocenici e sucessivamente ha fornito utili indicazioni anche sulla loro distribuzione areale correlabile a vari processi evolutivi che hanno interessato l'area di studio. La differenzazione mineralogica dei sedimenti sabbiosi e la loro caratterizzazione ha contribuito a meglio definire il limite Olocene/Pleistocene in particolare in quelle situazioni dove quest'ultimo non e' rappresentato dal tipico livello guida continentale pleistocenico (carantoi. L'elaborazione dei risultati analitici ha confermato, per la sedimentazione olocenica, l'esistenza di diversi ambienti deposizionali: marino, lagunare e continentale, legati alla irregolare risalita del mare flandriano; mentre, per quella tardo-pleistocenica, ha messo in luce un solo ambiente continentale. E' stata inoltre evidenziata l'omogeneità' della composizione mineralogica media di tutti i depositi tardo-pleistocenici, mentre per quelli olocenici si sono notate delle variazioni sia verticali che areali le cui cause sono state discusse. I risultati ottenuti costituiscono quindi un'utile integrazione alle classiche analisi paleoecologiche per lo studio dei paleoambienti e si rendono necessari per meglio chiarire le varie fasi evolutive tardo-quaternarie dell' area veneziana.

We 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.

ABSTRACT - This paper describes the studies performed and the results obtained under the framework of the Project "Sistema Lagunare Veneziano", Research Line 2. 7. A short review of the land subsidence evolution is first presented, including the more recent period (1950 - 1970) of human induced land sinking. The altimetrica! situation of the entire venetian territory is then analysed in detail for the fast twenty years through the comparison of two precise regional levelling carried out in 1973 and 1993. This twenty-year period is quite significant to evaluate the present trend of land subsidence after the cessation of human-induced process measured in 1973 and completely verified in 1975. Different behaviours in altimetrica! evolution have clearly come out. A ground stability belongs to the zones in mainland, Venice and its surroundings, while a certain subsidence stili occurs at the northern and southern extremities of the lagoon's edge and along the littoral where the natural compaction of recent deposi ts is more active than elsewhere and the rate of natural subsidence is greater. The degenerative state of the venetian littoral strips has worsen in the recent past by land sinking. In the fast twenty years the relatively slight subsidence has helped in permanently establishing the de-stabilisation of the submerged littoral zone that is evidenced by the deepening of the near shore bottom slope. In order to analyse in-depth the subsidence process, more theoretical studi es have been performed.New appropriate and complex statistica/ methodologies use.fùl in formulating a judgement on the linearity of the dependence between groundwater withdrawal and land subsidence were elaborated. A new 3-D non linear .finite element model was developed for the simulation and prediction of land subsidence due to intensive groundwater exploitation. The model is based on a quasi 3-D approach for flow and makes use of a 1-D vertical compaction model. The overall modelling approach, solved with an origina! block SOR iterative procedure, is applied to the regional aquifer-aquitard system underlying the venetian lagoon. The flow . and consolidation models, suitably calibrated, have allowed to well reproduce thephenomenon. SOMMARIO Questo lavoro presenta la sintesi degli studi effettuati in tema di subsidenza nell'ambito della linea di ricerca 2. 7 del Progetto Sistema Lagunare Veneziano, prima fase. I risultati qui descritti si basano sostanzialmente sull'analisi comparata delle altimetrie 1973 e 1993 risultanti dalle livellazioni di alta precisione (effettuate con gli stessi criteri dal CNR, ISDGM Venezia) che partendo dai capisaldi base di Rua di Feletto e Treviso hanno quotato 208 capisaldi stabiliti lungo le direttrici Conegliano-Treviso-Venezia e circumlagunare. L'analisi relativa all'arco di tempo ventennale ha pennesso di confennare la stabilità delle zone di terraferma, nonché del centro storico di Venezia. Le area più subsidenti sono risultate essere quelle alle estremità lagunari nord e sud e lungo i litorali. L'esame di alcuni profili batimetrici ha evidenziato che in corrispondenza delle zone di maggior perdita altimetrica del litorale emerso si è verificata w1a certa destabilizzazione del litorale sommerso con un incremento della pendenza media. Ai rilievi di campagna sono stati affiancati studi più teorici. L'interdipendenza esistente tra depressurizzazione del sistema acquifero e subsidenza è stato analizzato con i più recenti criteri statistici evidenziando una relazione lineare tra la causa e l'effetto. Il fenomeno è stato simulato con un nuovo modello matematico tridimensionale non lineare agli elementi finiti fonnato da un modulo idrologico "quasi 3-D" ed un modulo di consolidazione monodimensionale verticale in cui le caratteristiche idrogeologiche degli aquitard dipendono dalla tensione intergranulare efficace. La non-linearità è stata risolta con uno schema iterativo che, per la particolare stmttura del modello, è equivalente ad uno schema di sovrarilassamento a blocchi. La calibrazione del modello ha consentito di riprodurre il fenomeno in modo soddisfacente dal 1930 al 1973, durante il periodo più critico per il sistema lagunare

Understanding the hydrogeological processes is critical for a sound management of groundwater resources in costal areas. Here lie majority of human settlements, industrial production, and fish farming. Human pressure on the coastland environment is constantly increasing, and many studies predict a rising of seawater level in the next 50 years raging from few cm up to several tens of cm, with expected threatening consequences (e.g., Carbognin et al., 2009). If these are common characteristics of most costal areas, wetlands, lagoons and estuaries also have often unique flora and fauna depending on the groundwater-surface water processes. The hydrologic setting of the transitional environments is complicated by their Late Quaternary subsoil architecture. The deposits represents the transition through the fluvial in tide-dominated depositional systems triggered by the sea level changes. In particular, in the Venice area numerous geomorphological features representing i.e. fluvial paleoriver beds, ancient tidal channels, and paleobeach ridges occur (Tosi et al., 2009). These features are generally filled by sandy deposits and can be considered preferential path for the groundwater flow, both in the horizontal and vertical directions. In order to have a better understanding of the hydrogeological setting of these areas, and also to produce more useful models, it is crucial to acquire information both inland and within the lagoon or wetland, covering both its permanent wet and tidal areas. Acquiring information that can be used to model the groundwater processes of these areas is often logistically challenging and therefore expensive and slow. This applies both to punctual, invasive and direct measurements such as depth to groundwater table and salinity from boreholes, to non invasive, area covering, indirect data such as resistivity or seismic investigations. Apart from the logistics, in many cases the quality of the data reflects the spatial and or temporal alternation of dry land and ponds-marshes-surface water in general. Airborne electromagnetics (AEM) can greatly improve the data quality and coverage in such areas, while cutting significantly the acquisition costs. Its direct output is geoelectrical cross sections or maps that are then used as input for hydrogeological models. The application of AEM for groundwater monitoring and modeling has been steadily rising in the past decade, due to parallel developments of better AEM systems and processing, e.g. inversion methodologies. However, so far there have been extremely limited attempts of applying AEM to areas such as lagoons, wetlands, rivers or bays. This manuscript shows that AEM can produce quantitative results useful for groundwater modeling also in these areas, presenting the results of a survey carried out in the central and southern sectors of the Venice Lagoon, Italy, by the SkyTEM system. We present some of the inversion outcome as horizontal average resistivity maps at different depth intervals and cross sections obtained by SkyTEM application in the two areas where different hydrogeological processes are under investigation.

The southern catchment of the Venice watershed (Italy) is threatened by shallow aquifer and soil salinization. The saltwater may extend inland up to 20 km from the Adriatic coastline and deepen down to some tens of meters. Here, saltwater contamination is driven by other forcing factors than excessive pumping, such as ground elevation, buried geological structures, tide encroachment along watercourses, climate and tide conditions, and drainage practices implemented in reclaimed areas. This work aims to outline a conceptual model of the saltwater contamination highlighting the mechanisms driving the saltwater-freshwater exchanges. Results show that the fresh/salt-water interface depth varies from 1 to 30 m below the ground level and exhibits a significant, mainly seasonal, time variation. The dynamics of the soil salinization process is especially sensitive to changes in river (Brenta, Bacchiglione, Adige, Gorzone) discharges, groundwater and channel levels, which are regulated by a number of pumping stations, and climate conditions. Relict geomorphological features, filled with high permeability sediments, act as preferred pathways for groundwater flow and solute transport. In fact they provide a hydraulic connection between freshwater aquifers and sea, possibly facilitating saltwater intrusion landward or, conversely, acting as reservoir of freshwater provided by precipitation, irrigation, percolation through channel beds.

Negli ultimi decenni le previsioni della tendenza futura del clima globale e dei suoi effetti indotti sulle aree costiere, come ad esempio le variazioni del livello del mare, gli alluvionamenti e la desertificazione, sono state oggetto di diversi studi con risultati spesso contrastanti che hanno generato accesi dibattiti scientifici, economici e politici. I vari scenari forniti generalmente sono realizzati con modelli di previsione molto complessi basati su dati input provenienti da misure di parametri ambientali che tuttavia, per una migliore validazione e calibrazione, necessitano anche di parametri indiretti di tipo paleoclimatico-ambientale. Lo studio delle successioni sedimentarie fornisce informazioni essenziali sia sulle variazioni paleoclimatiche che sui loro effetti sull'ambiente. In particolare le variazioni climatiche verificatesi su scala globale negli ultimi 25.000 anni sono rappresentative sia di periodi climatici principali con caratteristiche estreme (ultima glaciazione würmiana e postglaciale olocenico) sia di eventi secondari piu' brevi e meno intensi (ad es. periodi freddi dell'Eta' del Ferro e del Medioevo) ma estremamente significativi in quanto confrontabili per durata ed intensita' con gli scenari di previsione. Di seguito vengono riportati degli esempi di alcuni modelli di cicli sedimentari correlati alle variazioni paleoclimatiche per cinque aree soggette a differenti processi evolutivi: il litorale e la Laguna di Venezia, lo Yangtze River delta, il South Yellow Sea, il Lingdingyang Estuary Zhujiang ed il South China Sea.

Le livellazioni geometriche sono state nel secolo scorso l’unico metodo di rilievo altimetrico che abbia consentito di misurare con precisione l'entità della subsidenza “moderna” dell’area costiera nord adriatica. Solo alla fine degli anni 1990 è stata istallata una rete per misure GPS in differenziale (DGPS) e in continuo (CGPS). Nell’ultimo decennio inoltre, l'utilizzo del radar ad apertura sintetica (SAR) su vettori satellitari ha consentito lo sviluppo e l’affinamento dell’analisi interferometrica differenziale (InSAR) e dell’analisi interferometrica su riflettori persistenti (IPTA) che si sono dimostrati di estrema efficacia per lo studio dei movimenti verticali del suolo. Nel caso della pianura costiera Veneta, sono stati utilizzati i satelliti ERS-1/2 ed ENVISAT dell’Agenzia Spaziale Europea, rispettivamente per il periodo 1992-2005 e 2003-2009, ed il satellite TerraSAR-X dell’Agenzia Spaziale Tedesca, per il biennio 2008-2009. Oggi si dispone di una densità di dati SAR che, data la risoluzione spaziale dei satelliti tra 20 e 3 m, è maggiore di circa 2 ordini di grandezza nelle l’analisi a scala regionale e più di 3 ordini per analisi locali rispetto alle misure tradizionali su capisaldi. Ciò ha permesso la mappatura dei movimenti del suolo a scala “regionale” (100×100 km2), locale (10×10 km2) e puntale al livello di singole strutture. Le serie di dati SAR sono stati calibrati e validati con le misure altimetriche di livellazione, DGPS e CGPS nella rete di monitoraggio ISES-IRMA. Grazie all’elevata densità di informazioni, all’ottima risoluzione spaziale e accuratezza verticale millimetrica del monitoraggio SAR è emersa una dinamica verticali del territorio costiero Veneto diversa da quanto ottenibile utilizzando le sole tecniche di livellazione tradizionale. L’immagine attuale indica che il processo subsidenziale si esplica con una forte variabilità spaziale, sia a scala regionale che locale. L’analisi integrata dei dati altimetrici e delle numerose nuove informazioni sul sottosuolo, recentemente acquisite nell’ambito di una serie di ricerche condotte dagli Autori, ha permesso la caratterizzazione delle componenti dei movimenti verticali del suolo della pianura costiera Veneta in funzione della profondità alla quale agiscono e la loro distribuzione areale.

Riassunto Attraverso l’indagine geoelettrica è stata eseguita una prima valutazione dell’estensione dell’intrusione salina marina e lagunare nel settore meridionale del comprensorio veneziano. Nel settore costiero, caratterizzato da dune e cordoni litoranei, è presente una falda freatica con acqua “dolce” fino ad una profondità di anche una decina di metri e l’intrusione salina coinvolge i terreni sottostanti fino ad oltre 70 metri. Nell’entroterra, la soggiacenza del territorio rispetto al livello marino, i pompaggi con idrovore e la rete idrografica pensile in comunicazione col mare sono fattori che riducono a pochi metri, ed in alcune zone annullano, lo spessore della falda dolce superficiale e consentono al cuneo salino di raggiungere la base dei terreni coltivati. Abstract A preliminary evaluation of the salt water intrusion in coastal aquifers of the southern Venetian region, is here made using geoelectical investigation. The results of the analyses show that the two dimensional extent of the saline contamination is mainly related to the geomorphology of this area. In the littoral sector, characterized by a mean ground elevation of two meters above mean sea level (sand dunes and paleolittoral strips), a phreatic fresh water body is present and salt water contamination involves aquifers and aquitards from 10 to 70 m deep. In the inland, the ground level is about 2-3 m below mean sea level; the water pumping in the reclaimed lands and the marine water seepage in the rivers during high tides are among the factors that seriously reduce the fresh water body and that allow salt water to contaminate the agricultural soils.

The salt water contamination process in the Venice watershed between the southern edge of the lagoon of Venice and the Adige River extends up to 20 km inland from the coast. The depth of the fresh/salt-water interface varied from 2 to 30 m below the ground level and exhibits a significant, mainly seasonal, time variation and its dynamics is especially sensitive to the riverbed seepage of sea water, encroaching from river mouths.