Cartografie tematiche
Documenti scaricabili:
Carta Bionomica
Carta Morfo-batimetrica
L’ente gestore dell’AMP, sulla base delle finalità istitutive di tutela e valorizzazione delle caratteristiche naturali che richiedono elevati livelli di conoscenza dell’area marina, nel corso di questi ultimi anni ha messo in campo diversi progetti per arrivare ad una mappatura completa, aggiornata ed esaustiva dell’intera area protetta, secondo l’estensione individuata dal Decreto istitutivo del 21.10.2009. Tale approccio è stato ricompreso anche nei piani di monitoraggio, proprio in ragione del fondamento che il primo passo per la messa a punto di un corretto piano di monitoraggio è quello di possedere una esatta mappatura dei fondali e dei popolamenti principali presenti nell’area marina.
L’attività di monitoraggio è strategica dal momento che le Secche della Meloria rivestono un’importanza sia dal punto di vista naturalistico, essendo caratterizzata da una morfologia peculiare (ad esempio con le particolari formazioni dei cosiddetti “catini”) e da un ecosistema marino mediterraneo di valore per estensione e diversità, sia dal punto di vista socio-economico, andando ad interessare svariate attività umane, dalla pesca commerciale e sportiva, al diporto nautico, ad attività di diving, fino all’educazione ambientale ed altre attività socio ricreative, che coinvolgono soprattutto le popolazioni locali.
In questo quadro gli studi effettuati sono stati rivolti ad una indagine di dettaglio ed al rilevamento della morfologia di tutti i fondali oggi ricadenti all’interno dell’AMP, con l’obiettivo prioritario di descriverne quanto più possibile esattamente tutte le caratteristiche, completando ed implementando le conoscenze pregresse già disponibili.
In una riserva marina, per potere attuare efficaci azioni di tutela e conservazione, è fondamentale avere contezza dei popolamenti presenti nell’area, della relativa configurazione dei fondali e soprattutto conoscere le biocenosi presenti con loro abbondanza relativa. Per raggiungere tutti questi obiettivi il primo step è dunque quello di ottenere una cartografia bionomica completa e dettagliata dell’area assieme ad una puntuale cartografia delle batimetrie.
Le attuali dimensioni dell’AMP Secche Meloria assommano a circa 92 chilometri quadrati, pertanto sono tali da rendere necessaria la scelta di metodi di indagine indiretti, quali quelli oggi offerti dalle più avanzate tecnologie a scansione digitale, come il Side-Scan-Sonar e il Multibeam. Questo approccio ha offerto la possibilità di indagare in tempi certi la vasta area interessata, ma ha richiesto un successivo approfondito lavoro di affinamento e di elaborazione digitale dei dati e soprattutto diversi riscontri a campione tramite survey diretto in situ, necessari per associare in maniera univoca i segnali ottenuti a livello strumentale (backscatter) con le effettive biocenosi e substrati presenti sui fondali. Sono stati pertanto condotte numerose campagne video e fotografiche in tutte le zone dell’AMP. I rilievi idrografici e geofisici condotti all’interno dell’area, sono stati indirizzati verso i seguenti principali obiettivi:
– acquisire le caratteristiche dell’andamento batimetrico dei fondali;
– identificare le biocenosi presenti (quali ad esempio biocenosi di pregio come Coralligeno e Posidonia oceanica) per poter effettuare una quantificazione del loro valore economico, individuando i servizi ecosistemici che possono fornire alla collettività della zona;
– fornire un’immagine del fondale con una risoluzione tale da evidenziare variazioni sedimentologiche ed aree sabbiose o ciottolose non colonizzate da organismi.
A valle del lavoro sopra riassunto vi è stata poi la restituzione in forma di cartografia georeferenziata della batimetria di dettaglio di tutto il braccio di mare interessato dall’AMP (ricordiamo che si tratta di un tratto di mare aperto posto da oltre 3 miglia nautiche fino a 5 mn dalla costa) ed a seguire è stata fatta l’elaborazione e la produzione della carta bionomica, che è il risultato finale di una serie di attività così articolate e organizzate in tempi successivi:
- acquisizione dei dati morfo-batimetrici e di backscatter mediante opportuno survey;
- verifica a terra ed elaborazione dei dati acquisiti;
- realizzazione di campionamenti di specie vegetali sul fondo e produzione di video e immagini dei fondali in specifici punti individuati a seguito dell’analisi dei dati di backscatter acquisiti, con verifiche a mare in punti significativi di campionamento;
- interpretazione finale di tutti i dati acquisiti, sia da multibeam che da campionamenti, e produzione della carta bionomica tramite apposito software GIS.
Le diverse fasi di studio si sono articolate i due principali momenti di raccolta ed elaborazione dei dati morfo-batimetrici sulla base delle zone a diverso grado di protezione dell’AMP: una prima fase di indagine è stata condotta dal 2015 al 2016 ed ha interessato le zone A e B3 (circa il 30% dello studio), una seconda fase è stata portata a compimento nel periodo 2018-2019 ed ha visto l’acquisizione ed elaborazione dei dati relativi alle zone B1, B2 e C (circa il 70% dello studio. Tutti i dati così raccolti ed elaborati sono confluiti nella produzione finale della carta bionomica terminata nel 2020.
Area di indagine
L’area di indagine è stata l’intera estensione dell’AMP Secche della Meloria, come definita da Decreto del Ministero Ambiente 21.10.2009 di istituzione e zonazione appunto di questa area marina protetta. L’area protetta è posta al largo della costa di Livorno, ed interessa i Comuni di Livorno e Pisa.
L’attuale estensione in larghezza dell’AMP è di circa 5.4 Nm (10 Km) nella direzione Est-Ovest ed in lunghezza di circa 5 Nm (9.2 Km) nella direzione Nord-Sud, con una forma della perimetrazione circa trapezoidale, posta da circa 2.15 a 7.5 Nm (4-14 Km) dalla costa di Livorno. Questa configurazione copra un braccio di mare aperto di superficie oltre 91 km2
Fig. 1 Area di indagine AMP Secche della Meloria: le zone A e B3 sono state mappate nella prima fase di rilevamento
Le attività di indagine hanno avuto necessità anche di alcune verifiche al di fuori degli esatti confini dell’AMP; pertanto hanno visto alla fine la copertura di una superficie complessiva di circa 95 Km2 , che comprendono anche alcuni scarti e la necessità in alcuni punti di più passaggi di verifica.
L’indagine ha tenuto conto anche dei dati raccolti in una prima fase di rilevamento effettuato negli anni 2015-2016 all’interno dei perimetri vigenti per le zone A e B3.
Set-up strumentale
L’attività di campo per la realizzazione del rilievo morfo-batimetrico è stata svolta avvalendosi di un mezzo nautico appositamente attrezzato, adeguato alle necessità operative. Dal momento che l’area di lavoro presenta una batimetria che varia da pochi metri a circa 50 m si è optato per l’utilizzo di un mezzo veloce con caratteristiche di versatilità e di facilità di utilizzo; costituito pertanto da un gommone a chiglia rigida, di 7 m di lunghezza fuori tutto e largo al baglio massimo 2,54 m.
Su tale mezzo si è proceduto all’installazione di tutta la strumentazione necessaria, oltre alla predisposizione degli spazi per potere effettuare le immersioni di controllo e campionamento. Per poter procedere all’installazione del multibeam e per utilizzarlo nel miglior modo possibile, sempre garantendo la massima sicurezza in navigazione, è stato costruito un apposito palo di sostegno in acciaio inox ed è stato agganciato con un sistema mobile su una murata dell’unità navale. Ad una estremità del palo mediante apposite staffe veniva assicurato il ricetrasmettitore del multibeam mentre nell’altra estremità si trovava l’antenna GPS. L’apparecchio è stato settato rispetto al centro di gravità del gommone, come necessario per l’attivazione del multibeam, e sono pertanto stati inseriti i seguenti parametri di offset: 0.09m dal lato di dritta, -0.85m dalla verticale di prua, -2.23m rispetto l’asse centrale dell’unità navigante (Fig. 2).
Fig. 2 Struttura di sostegno del multibeam (a sinistra) e schema di installazione con parametri di offset (a destra)
Il palo, così fissato ad una struttura sempre metallica che si aggancia alla struttura dello scafo, supporta il braccio su cui installare la strumentazione di rilevamento (multibeam e GPS); tale braccio fuoriusciva sul lato di dritta del battello e sovrastava il livello mare di 1,65 m. La struttura palo-braccio è stata realizzata in modo da consentire anche la possibilità di rotazione, grazie ad un perno di blocco/sgancio, che permette anche di passare dalla posizione orizzontale a quella verticale.
La posizione orizzontale, una volta rimossa l’antenna GPS, viene usata durante la navigazione in modo che il multibeam si trovi appoggiato allo scafo al di fuori dell’acqua, consentendo quindi la navigazione anche a velocità elevate senza rischi di danneggiamento o perdita della strumentazione. La posizione verticale con il multibeam in acqua e l’antenna GPS installata era quella utilizzata durante tutte le operazioni di rilievo morfo-batimetrico strumentale (Fig. 3).
Durante l’attività di monitoraggio tutto il sistema struttura palo-braccio è stato inoltre assicurato grazie alla tenuta di due cavi in tensione, a loro volta fissati sul bordo della murata del gommone, in modo sia da preservarne la sicurezza in caso di eventuali contraccolpi o inprevisti sia da minimizzarne le vibrazioni per ottimizzare la qualità del dato di rilevamento.
Al termine delle operazioni quotidiane il multibeam e l’antenna GPS venivano rimossi e riposti a bordo in un apposito contenitore sicuro al fine di evitare possibili danneggiamenti sia accidentali che di uso improprio.
Fig. 3. Posizione orizzontale del palo in fase di navigazione e verticale di acquisizione dati
Data la sua particolare conformazione, per poter acquisire dati batimetrici da multibeam, il mare non deve presentare onde di altezza superiore ai 50 – 80 cm; pertanto il rilievo a mare è stato effettuato sempre con condizioni di bel tempo (prevalentemente nelle stagioni primaverile ed estiva) e tra l’altro sempre con condizioni meteo di sole e comunque in assenza di pioggia, in quanto, non essendo il battello dotato di cabina, era necessario non esporre ad intemperie i computer e la strumentazione scientifica elettronica necessariamente presente a bordo.
Tutte le operazioni di campo sono state eseguite da personale scientifico specializzato, che già aveva effettuato rilievi di questo tipo, tra i quali il dr. Antonio Petrizzo e la dr.ssa Aleksandra Kruss di CNR-ISMAR, coadiuvati dal personale tecnico scientifico di CIBM: dr. Carlo Ceccarelli, dr. Lorenzo Pacciardi, dr. Marco Pertusati e dr. Matteo Oliva.
Fig. 4. multibeam echosounder Norbit iWBMSh STX
Lo strumento utilizzato è un multibeam Echosounder Norbit iWBMSh STX (Fig. 4). Si è deciso di utilizzare questo specifico multibeam sia per la qualità del dato prodotto sia per la sua compattezza e leggerezza, fattori necessari per poter lavorare agevolmente con un gommone e per poterlo installare e rimuovere velocemente all’occorrenza.
Integrato al multibeam è il sistema di navigazione inerziale Applanix Ocean-Master assisto da una coppia di ricevitori GNSS, ad altissime prestazioni, che permettono una precisa georeferenziazione del dato, fornendo informazioni di latitudine, longitudine, quota, rollio, beccheggio, heading, heave e garantendo la sincronia temporale. Tale sistema è inoltre compatibile con la correzione in tempo reale RTK (Real Time Kinematic) che garantisce un’accuratezza centimetrica del posizionamento orizzontale.
A corredo del sistema sono presenti due sonde per la misurazione della velocità del suono, necessarie per la corretta formazione del fascio elettromagnetico. Un sensore è integrato nel multibeam e acquisisce i dati in continuo.
Una seconda sonda SVP (Sound Velocity Profiler), del tipo AML Smart-X, ha fornito invece i profili di velocità del suono in tutta la colonna d’acqua e, per le sue particolari caratteristiche, è stata sempre usata ad imbarcazione ferma. Di norma la sonda SVP viene calata all’inizio della giornata e, all’occorrenza, ogni qual volta cambino la temperatura e la salinità dell’acqua in maniera significativa (ad esempio quando si cambia area di indagine o c’è un cambio notevole delle profondità o in presenza di apporti fluviali, visibili dalla colorazione e composizione dell’acqua).
La velocità dell’imbarcazione durante il rilievo variava da circa 4 nodi, limite minimo sotto il quale risulta non più possibile governare l’imbarcazione in modo appropriato, ad un massimo di 7 nodi, limite massimo oltre il quale inizia una degradazione della qualità del dato.
Software
Durante l’intero processo di lavoro si è reso necessario l’utilizzo di diversi software, alcuni specifici per la fase di acquisizione dati, altri specifici per la fase di analisi e post-processing dei dati.
Durante la fase di acquisizione dati sono stati utilizzati i seguenti software:
- QINSy (Quality Integrated Navigation System) della QPS (Quality Positioning Services): è un software di acquisizione di dati idrografici che permette di registrare i dati di batimetria, backscatter e navigazione.
- Lefebure NTRIP (Network Transport of RTCM data over IP) client: consente di applicare in tempo reale la correzione RTK per il posizionamento ricevendo i dati via internet da un apposito servizio che fornisce dati di posizionamento di una rete di stazioni a terra. Si è utilizzato il servizio NetGEO, la rete di Stazioni Permanenti GNSS realizzata dalla Geotop operativa su scala nazionale e dotata di tutti ricevitori GPS+GLONASS, in grado di fornire servizi per tempo reale e post-elaborazione.
Mentre per l’elaborazione dei dati acquisiti sono stati utilizzati:
- Qimera della QPS per il processamento di dati batimetrici e di backscatter.
- CARIS HIPS AND SIPS della Teledyne per l’elaborazione di dati batimetrici e di backscatter.
- POSPac dell’Applanix, per l’eventuale elaborazione dei dati RTK in post processing.
Acquisizione dei dati
Le prime attività necessarie per l’acquisizione dei dati sono state quelle di installazione e di calibrazione della strumentazione, le quali in entrambe le due fasi di rilevamento hanno richiesto in media 4-5 giorni lavorativi, compatibilmente con le condizioni meteo-marine, poiché è sempre necessario effettuare le opportune verifiche a mare. Le attività di acquisizione dei dati hanno richiesto circa tre mesi nella prima campagna e circa sei mesi nella seconda campagna.
La strumentazione non ha mai presentato significativi problemi di funzionamento durante tutte le campagne di rilevamento, se non all’occorrenza verifiche dei settaggi ed eventuali reset, soprattutto nei periodi di prolungato utilizzo.
A titolo esemplificativo si riporta che in circa 164 ore di acquisizione dati sono stati eseguiti 800 transetti e sono stati mappati circa 30 km2, pari al 35% di tutta l’area, a una profondità compresa tra 1,5 e 20 m.
Fig. 5. Transetti effettuati durante le attività di monitoraggio del 2018 (parte in verde) e del 2019 (parte in giallo), le altre aree (non indicate) sono state rilevate nella prima campagna 2015-2016
In generale si è sempre organizzato il rilevamento in modo da navigare con l’onda o in prua o in poppa, in modo da minimizzare il rollio e garantire la massima qualità dei dati acquisiti. Quando le condizioni meteorologiche sono state più favorevoli si è lavorato in via preferenziale nella parte più al largo dell’AMP caratterizzata dalle batimetriche più profonde, diversamente in presenza di movimento ondoso (nel range massimo consentito di 80 cm altezza onda) sono stati effettuati i rilevamenti nella parte più sotto costa, che è quella più riparata dal vento e caratterizzata da moto ondoso più contenuto.
I rilievi sono stati eseguiti con il multibeam con frequenza impostata a 400 KHz e in modalità “equidistant mode” con swath-angle settato tra 110° e 140° così da assicurare una copertura omogenea e da ottimizzare la qualità del dato, anche in relazione alle condizioni di onda.
Durante l’attività di monitoraggio sono stati acquisiti anche i profili SVP lungo la colonna d’acqua, e sono stati campionati in diversi punti nell’area di lavoro. Tali campionamenti si sono resi necessari per ottenere valori corretti di velocità del suono utilizzati per la correzione dei dati del multibeam.
Mappatura della batimetria
Per quanto riguarda la realizzazione della cartografia della batimetria di tutto il fondale dell’AMP, i dati raccolti durante tutte le campagne di acquisizione sono stati processati ed elaborati con il software Caris HIPS & SIPS 10.4 seguendo le procedure standard che prevedono la conversione dei dati, l’applicazione della correzione di marea, la creazione delle superfici, la pulizia dei dati spuri e l’applicazione dei coefficienti di rifrazione per la correzione degli errori della velocità del suono. Laddove necessario sono state applicate le correzioni dei dati di posizionamento RTK grazie al software POSPac.
I dati acquisiti nel 2018-2019 sono stati interfacciati coi dati della prima fase di rilievo avvenuta nel 2015-2016 e si è giunti all’elaborazione della cartografia finale delle batimetrie di tutta l’AMP.
La nuova batimetria ha una scala di dettaglio decimetrica e per maggiore facilità/immediatezza di lettura sono state riportate le diverse fasce di profondità con diverse colorazioni, cosicché nella definizione grafica finale si ha una immagine molto significativa della morfologia dei fondali.