Variabilità nei processi costieri

Problema della variabilità

Le onde portano verso costa una grande quantità di energia, che viene poi dissipata attraverso il frangimento, la generazione di correnti, i cambiamenti nel livello dell’acqua, i movimenti di sedimento, la turbolenza ed il calore. Le onde incidenti variano nello spazio e nel tempo, inoltre le loro proprietà cambiano durante il loro moto sul fondale marino. Le spiagge sono formate da sedimenti di varie forme e granulometrie che si muovono lungo o attraverso la costa secondo leggi che non sono del tutto chiare. Questi sedimenti infatti sono trasportati da complesse circolazioni tridimensionali, di varie scale spaziali e temporali, e diversi gradi di turbolenza. Anche tra la spiaggia e la zona retrospiaggia ci sono molte proprietà tessiturali che variano spazialmente e nel tempo.

Alla luce della profonda variabilità che caratterizza i processi costieri, è chiaro che un’unica risposta fornita da modello di simulazione debba essere ritenuta un risultato rappresentativo che deriva dall’approssimazione di molte incertezze e condizioni fortemente variabili.

Allo stesso modo nell’utilizzo di questi modelli in chiave predittiva, i fattori responsabili per il cambiamento della spiaggia, in primo luogo le onde, non sono noti. Viene predetta una serie temporale di altezze d’onda, periodi e direzioni che deve essere considerata come uno dei possibili climi d’onda che possono verificarsi.

Quantificazione della variabilità

Dal momento che esiste un’enorme variabilità nei sistemi costieri qualsiasi predizione del cambiamento della linea di costa non costituisce una risposta corretta.

Una procedura che è stata messa a punto al CERC, per ovviare parzialmente all’incertezza che caratterizza le onde, consiste nel calcolare la deviazione standard dell’altezza d’onda e della direzione delle serie temporali in input e correggere i valori delle onde in ingresso in base a dei range definiti da queste deviazioni. GENESIS permette delle correzioni dell’altezza d’onda e della direzione che possono essere definite dall’utente. Il periodo normalmente non è variato, ma in certe applicazioni, come quelle in cui sono coinvolte onde con periodo lungo o mari con fondali molto irregolari, il profilo di frangimento è particolarmente sensibile al periodo d’onda. Un’altra procedura prevede l’utilizzo di differenti serie temporali di dati hindcasting, se disponibili. Variando l’altezza d’onda e la direzione delle onde in input entro un ragionevole

100 intervallo fisico, si ottiene una serie di predizioni del cambiamento della linea di costa, in cui si trova anche il cambiamento attuale.

Taratura e verifica

Per taratura del modello si intende la procedura nella quale con il modello si riproducono i cambiamenti nella posizione della linea di costa che sono stati misurati in un intervallo noto di tempo.

Per verifica di un modello si intende la procedura di applicazione del modello tarato per riprodurre i cambiamenti misurati in un intervallo di tempo diverso da quello di taratura. Il successo della procedura di verifica indica che le predizioni del modello sono indipendenti dall’intervallo di taratura, ma non garantisce l’indipendenza in generale, visto che le condizioni possono facilmente cambiare ed annullare la verifica.

Colui che costruisce, o semplicemente usa, un modello deve prestare attenzione ai cambiamenti significativi della situazione fisica attuale, che possono invalidare la procedura di verifica originale e richiederne una nuova.

Inoltre alcuni data set di onde possono meglio rappresentare il clima d’onde che è stato utilizzato durante la taratura e la verifica rispetto ad altri.

In pratica spesso mancano i data set sufficientemente completi per fornire un’adeguata taratura e verifica. Questo aumenta l’incertezza nel processo di modellizzazione e riduce l’affidabilità dei calcoli. In assenza di dati concreti, stimare il cambiamento della linea di costa con il modello può rappresentare l’unica informazione di natura quantitativa e sistematica utile al processo di pianificazione. In situazioni in cui i dati sono mancanti, l’esperienza sulla costa e con GENESIS sono fondamentali per fornire stime ragionevoli di parametri in input o per interpretare correttamente i risultati.

Le predizioni dei modelli sono prontamente confrontate con i mezzi grafici. Vengono creati dei

plot di posizioni della linea di costa calcolate e misurate, normalmente ad una scala verticale

esagerata. La posizione della linea di costa può anche essere rimaneggiata matematicamente, ad esempio con il metodo di regressione ai minimi quadrati, per determinare la combinazione di parametri che produce la migliore coincidenza con le misure calcolate e quelle rilevate. Questo fornisce una misurazione oggettiva della bontà dell’andamento, dove l’ispezione visiva è soggettiva. Tuttavia bisogna sempre controllare il tutto anche visivamente perché c’è sempre la possibilità di compiere errori che possono essere facilmente individuati con l’ispezione visiva.

Test di sensitività

Il test di sensitività si riferisce al processo di esame dei cambiamenti negli output forniti da un modello risultanti da cambiamenti intenzionali degli input.

101 Se un piccolo cambiamento ne produce uno grande, i risultati calcolati attraverso quel modello dipendono fortemente dalla qualità della verifica, che nelle applicazioni è sempre caratterizzata da un certo livello di dubbio.

Una seconda ragione per condurre un test di sensitività concerne la variabilità che caratterizza i sistemi costieri. Nessuna predizione fornita da un modello può essere considerata la risposta, bisognerebbe effettuare una serie di predizioni, e con giudizio scegliere il risultato più probabile o ragionevole. Se il modello è molto sensibile ai piccoli cambiamenti dei valori in input, l’intervallo di predizione è troppo ampio e, in sostanza, non apporta informazioni. L’esperienza ha dimostrato che GENESIS è solitamente insensibile ai piccoli cambiamenti nei valori dei parametri. Tuttavia è bene effettuare sempre il test di sensitività.

Interpretazione dei risultati

Bisognerebbe sempre verificare la ragionevolezza generale dei risultati. A questo proposito, devono essere effettuate delle panoramiche sui processi costieri locali e regionali ed un calcolo del bilancio sedimentario oppure una modellizzazione di primo ordine per giudicare i risultati del modello.

L’esperienza maturata durante le fasi di verifica, analisi di sensitività e modellizzazione delle alternative al progetto aiutano molto nell’identificare risultati scorretti o fuorvianti. Gli errori più grossolani vengono evidenziati attraverso la rappresentazione del cambiamento della linea di costa, errori più sottili vengono rilevati con il test di sensitività, attraverso la comprensione delle dipendenze di base dei cambiamenti della linea di costa dalle onde in input e dalle condizioni al contorno.

Il cambiamento della linea di costa è determinato da processi non lineari, molti dei quali sono rappresentati in GENESIS. Le configurazioni di spiagge complesse, e onde in input dipendenti dal tempo, producono risultati che non possono essere estrapolati dall’esperienza. Tuttavia l’esperienza deve essere considerata il più possibile nella valutazione della correttezza dei risultati e per comprendere gli andamenti dei cambiamenti della linea di costa prodotti.

Infine, l’utente deve sempre mantenere una certa distanza dai risultati del modello: deve sempre essere ricordato che le onde incidenti in modo obliquo non sono responsabili di tutti i trasporti solidi longshore ed i cambiamenti della linea di costa. Potenziali errori possono provenire anche dall’hindcast delle onde incidenti, nel rappresentare un campo di onde irregolari con onde monocromatiche e, talvolta, da attività umane non documentate o eventi straordinari che hanno comportato un cambiamento della spiaggia.

Quando si interpreta un modello è inoltre necessario considerare il probabile intervallo di variabilità dei processi costieri (Hanson e Kraus 1989).

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