CAPITOLO QUINTO Cambiamento copertura del suolo e trasporto solido

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CAPITOLO QUINTO

Cambiamento copertura del suolo e trasporto solido

5.1 Risultati Classificazione

In questo paragrafo utilizzeremo le immagini Landsat classificate nel capitolo 3 per osservare le variazioni della copertura del suolo nel periodo di tempo indagato. Le caratteristiche delle immagini utilizzate sono state descritte nel capitolo 2. Le date di acquisizione delle immagini sono :

Data Acquisizione Nome Immagine

15-feb-2001 01_02_15

02-feb-2002 02_02_02

03-mar-2004 04_03_03

Tabella 5.1

La data di ripresa delle immagini viene utilizzata come codice per formare il nome del file. Le singole immagini non classificate verranno mostrate all’inizio di ogni paragrafo.

Prima di procedere alla classificazione si è reso necessario un ricampionamento delle due immagini 02_02_02 e 04_03_03. Le immagini appartenenti alla serie Landsat TM - 5 (01_02_15) possiedono una risoluzione del pixel di 35x35m e quelle della serie Landsat ETM - 7 (02_02_02 e 04_03_03) di 30x30m. Per rendere confrontabili i dati si sono ricampionate le due immagini della serie ETM - 7 ad un valore risoluzione spaziale uguale a quello del sensore TM – 5 (35x 35m).

Dopo la classificazione (capitolo 3) le immagini sono state sottoposte ad un processo di “ritaglio” per eliminare le zone non appartenenti all’area di indagine. Per questo processo si è utilizzata un’area AOI rappresentativa del bacino idrografico dell’Arno.

Verranno visualizzate di seguito le singole immagini classificate con i relativi calcoli della copertura del suolo. I grafici a torta mostreranno la copertura percentuale di ogni classe in rapporto alla superficie totale dell’area indagata. La tabella all’interno di ogni paragrafo presenta i dati di copertura del suolo in ettari relativa ad ogni classe.

Successivamente verranno analizzate le differenze temporali tra le varie immagini confrontando le varie classi .

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Immagine Landsat 01_02_15:

Questa è la prima immagine in ordine cronologico ed è stata utilizzata come modello campione per la rettifica delle altre due. Delle tre immagini utilizzate questa è l’unica scattata dal sensore Landsat TM - 5 . Come si può notare dalla figura 5.1 l’immagine non presenta particolari problemi classificativi.

Fig 5.1 Immagine Landsat “01_02_15” (INGV) RGB FCC 432

Classi Area ( ha )

1 Superfici Antropizzate 28685 2 Aree agricole stagionali 182124

3 Colture permanenti 206128

4 Foreste 331424

5 Suoli nudi o scarsamente vegetati 3366

6 Acque interne 2479

7 Superficie non classificata 92670

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Fig 5.2 Immagine Landsat “01_02_15” (INGV) Classificata

Percentuali classificazione immagine 01_02_15

2 Aree agricole stagionali 21,5% 3 Colture permanenti 24,3% 4 Foreste 39,1% 1 Superfici Antropizzate 3,4% 7 Superficie non classificata 10,9% 6 Acque interne 0,3% 5 Suoli nudi o scarsamente vegetati 0,4% 1 Superfici Antropizzate 2 Aree agricole stagionali 3 Colture permanenti 4 Foreste 5 Suoli nudi o scarsamente vegetati 6 Acque interne 7 Superficie non classificata

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Tabella 5.3b Matrice di confusione Immagine 01_02_15

Classi Kappa

1 Superfici Antropizzate 0,4798 2 Aree agricole stagionali 0,6694

3 Colture permanenti 0,7252

4 Foreste 0,7775

5 Suoli nudi o scarsamente vegetati 0,6213

Tabella 5.3c Valori di K per classi, Immagine 01_02_15

Classified Data 1 2 3 4 5 6 Totali Righe

1 4 3 0 1 0 0 8 2 3 26 5 0 1 0 35 3 0 8 36 1 0 0 45 4 0 2 8 78 0 0 88 5 0 1 0 1 2 0 4 6 0 0 0 0 0 0 0 Totali Colonne 7 40 49 81 3 0 180

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Immagine Landsat 02_02_02:

Questa immagine è stata scattata da un sensore Landsat ETM 7. Unica considerazione importante da fare di questo dato è la presenza di una parziale copertura nuvolosa della zona tra Pontassieve e Figline Valdarno. Per questo motivo nell’immagine classificata questa zona ricadrà nella classe 7 e non verrà inclusa nei calcoli di variazione della copertura del suolo.

1 Superfici Antropizzate 29990

2 Aree agricole stagionali 226120

4 Foreste 317886

5 Suoli nudi o scarsamente vegetati 2522

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2 Aree agricole stagionali 26,6% 3 Colture permanenti 21,0% 4 Foreste 37,5% 5 Suoli nudi o scarsamente vegetati 0,3% 6 Acque interne 0,1% 7 Superficie non classificata 10,9% 1 Superfici Antropizzate 3,5% 1 Superfici Antropizzate 2 Aree agricole stagionali 3 Colture permanenti 4 Foreste 5 Suoli nudi o scarsamente vegetati 6 Acque interne 7 Superficie non classificata

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Classified Data 1 2 3 4 5 6 7 Totali Righe 1 2 0 1 0 0 0 0 3 2 0 31 9 3 0 1 0 44 3 0 9 25 6 0 0 0 40 4 0 2 4 80 0 0 0 86 5 0 0 0 1 1 0 0 2 6 0 0 0 0 0 1 0 1 7 0 0 0 1 0 0 3 4 Totali Colonne 2 42 39 91 1 2 3 180

4 Foreste 0,6723

7 Non classificato 0,7458

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Immagine Landsat 04_03_03:

Questa immagine è ripresa dal un sensore Landsat ETM 7. Come mostrato in figura 5.5 nel periodo in cui è stata ripresa questa immagine era presente una discreta copertura nevosa al suolo. Le precipitazioni nevose del periodo sono state particolarmente elevate e hanno interessato zone montuose e collinari di quota superiore ai 700 m arrivano in certe zone 600 m. Lo strato di neve, come la presenza di nuvole, impedisce qualsiasi tipo di classificazione del suolo sottostante. Come già accennato nel capitolo 3 si è scelto di accorpare le zone con problemi o impossibilità classificative nella classe 7 ( Fig 5.6 )

1 Superfici Antropizzate 36290 2 Aree agricole stagionali 243118

4 Foreste 282423

5 Suoli nudi o scarsamente vegetati 1212

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2 Aree agricole stagionali 28,6% 3 Colture permanenti 22,3% 4 Foreste 33,2% 1 Superfici Antropizzate 4,5% 7 Superficie non classificata 10,9% 6 Acque interne 0,4% 5 Suoli nudi o scarsamente vegetati 0,1% 1 Superfici Antropizzate 2 Aree agricole stagionali 3 Colture permanenti 4 Foreste 5 Suoli nudi o scarsamente vegetati 6 Acque interne 7 Superficie non classificata

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Classified Data 1 2 3 4 5 6 7 Totali Righe 1 4 1 0 2 0 0 0 7 2 0 41 4 6 0 0 0 51 3 0 11 21 4 0 0 0 36 4 0 0 1 51 0 0 12 64 5 0 1 0 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 0 1 0 1 7 0 0 0 0 0 0 20 20 Totali Colonne 4 54 26 63 0 1 32 180

4 Foreste 0,7188

7 Non classificato 0,6843

Tabella 5.5c Valori di K per classi, Immagine 04_03_03

5.2 Variazioni copertura del suolo/Correlazioni e bilanci

Nel paragrafo precedente si sono mostrate le statistiche ottenute dalle immagini classificate. In questo paragrafo si confronteranno queste variazioni con i dati di carico solido sospeso ricavati dai valori di riflettanza delle immagini Landsat. La correlazione lineare ottenuta nel capitolo 4 è stata utilizzata per ricavare dai dati di riflettanza delle immagini Landsat i valori di carico solido sospeso nelle stazioni di interesse. Per ottenere un dato rappresentativo di tutto il bacino idrografico si è scelto di localizzare le zone campione nel tratto terminale del corso del fiume Arno. Come immagini di riferimento si sono scelte le stesse utilizzate per il processo di classificazione. Da ognuna delle tre date si è estratto un valore di carico solido sospeso che viene mostrato nel grafico 5.4.

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Carico solido sospeso ( Foce Arno ) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 01_02_15 02_02_02 04_03_03

Date immagini Landsat

C ar ic o so lid o so sp es om g/ l

Grafico 5.4 Dati di carico solido sospeso ottenuti dalla correlazione lineare e dati di riflettanza (Foce Arno)

Il grafico mostra un valore di concentrazione molto elevato per l’immagine 01_02_15 e valori di media intensità per le date successive. Questi dati verranno confrontati con quelli di variazione di copertura del suolo. Dalle immagini classificate si sono ottenuti dati di copertura del suolo per ogni classe considerata. In questo grafico si mostrano le variazioni di ogni classe monitorata nel periodo di tempo considerato.

1 Superfici Antropizzat e 2 Aree agricole stagionali 3 Colture permanenti 4 Foreste 5 Suoli nudi scarsamen te vegetati 6 Acque interne 01_02_15 02_02_02 04_03_03 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 Superficie (ha) Variazione della copertura del suolo 2001 / 2002 / 2004

01_02_15 02_02_02 04_03_03

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Classe 1 Superficie Antropizzata: Tessuto urbano, extraurbano, industriale e

commerciale

Per quanto riguarda questa classe si assiste ad un ovvio fenomeno di espansione durante il periodo di tempo considerato.

Si passa da un valore di 28685 ha nell’anno 2001 a un valore di 36290 ha per l’ultimo campionamento del 2004. Il passaggio percentuale di superficie considerata va dal 3% al 4% confermando un incremento interessante nonostante le contenute dimensioni. Il trend di crescita della classe è regolare nelle tre date considerate.

Variazioni Percentuali Classe 1

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 01_02_15 02_02_02 04_03_03

Date Immagini Landsat

P er ce nt ua le

Grafico 5.6 Variazioni percentuali della classe 1 nei periodi 2001 – 2002 – 2004

Analizzando le variazioni della classe 1 sia in percentuale che in ettari non si evidenzia nessuna particolare relazione con i dati di carico solido sospeso ottenuti dai valori di riflettanza(Grafico5.4 ).

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Classe 2 Aree Agricole Stagionali: Suoli seminativi irrigati e non, coltivazioni annuali

associate a colture permanenti o vegetazione naturale.

Sia come caratteristiche di copertura del suolo, sia come estensione, questa classe possiede una elevata importanza. La percentuale di superficie totale della classe considerata varia dal 22 al 29 % nel corso del periodo considerato. Si assiste ad un forte incremento della copertura del suolo che costituisce questa classe. Si passa dai 182124 ha iniziali (2001) ai 226120 ha (2002) sino ad arrivare ai 243118 ha del 2004.L’ andamento dell’aumento di superficie di questa classe sembra essere regolare nel periodo di tempo considerato.

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 01_02_15 02_02_02 04_03_03

P er ce nt ua le

Nonostante la regolare crescita di questa classe incrociando i dati considerati con quelli di carico solido sospeso non si sono ottenuti risultati interessanti. Se si fosse verificata una dipendenza positiva con questa classe ci saremmo aspettati un incremento dei valori carico solido negli anni.

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Classe 3 Colture permanenti:Colture di vigneti, oliveti e frutteti.

La classe considerata è quella maggiormente soggetta a fluttuazioni. Nel periodo considerato si parte con un’ estensione di 206128 ha del (2001) e si passa ad un valore intermedio (2002) di 178088 ha per passare al più recente valore di 189817 ha (2004). I valori in % vanno in sequenza temporale dal 24% al 21% sino al 22 % del 2004.

Queste elevate fluttuazioni sono da imputare a problemi classificativi.

19,0 20,0 21,0 22,0 23,0 24,0 25,0 01_02_15 02_02_02 04_03_03

P er ce nt ua le

Nonostante la relazione con i dati carico solido sia interessante si è deciso di non scegliere questa classe come riferimento per problemi classificativi. L’oscillazione dei valori della classe nel periodo considerato rendono il dato incerto.

La classe di interesse accorpa delle sottoclassi con copertura del suolo molto differenti tra di loro. In determinati periodi dell’anno la copertura delle colture comprese nella classe possono differire molto l’una dall’altra. Per quanto riguarda i parametri di accuratezza di questa tipologia di terreno nei vari periodi si veda il paragrafo 5.1.

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Classe 4 Foreste (e aree semi-naturali): Foreste di latifoglie di conifere, vegetazione

schlerofilla zone di transizione boscosa arbustiva .

Questa classe presenta una diminuzione progressiva a partire da valori di copertura del suolo percentuali molto elevati. Nella data 2001 il valore percentuale è del 40 % equivalente a 331424 ha che subisce una diminuzione del 3 % sulla superficie totale nell’anno 2002. La progressione prosegue regolare per i due anni successivi arrivando ad un valore del 34 % corrispondente a 282423 ha di terreno.

30,0 31,0 32,0 33,0 34,0 35,0 36,0 37,0 38,0 39,0 40,0 01_02_15 02_02_02 04_03_03

P er ce nt ua le

Le variazioni della classe considerata confrontate con i valori di carico solido sospeso non trovano particolari riscontri. Considerando la classe 4 come un suolo difficilmente soggetto a erosione superficiale ci si aspetterebbe un’ aumento del carico solido sospeso nel corso degli anni dovuto alla sua diminuzione.

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Classe 5 Suoli nudi o scarsamente vegetati: suoli nudi, suoli rocciosi, spiagge, dune,

copertura vegetale rada.

In ogni immagine classificata la classe 5 non raggiunge mai un valore di copertura percentuale superiore all’ 1%. Analizzando i dati fuori dalla scala del bacino si assiste ad una graduale diminuzione della classe passando da valori di 3366 ha di superficie (2001) a 2522 ha ( 2002 ) sino ad arrivare a valori di 1212 ha nell’ultimo anno considerato 2004. Nonostante il trend regolare della classe la sua esigua superficie la esclude da qualsiasi correlazione con i dati di carico solido sospeso derivanti da un’ area cosi vasta come il bacino idrografico considerato.

Classe 6 Acque interne: laghi, fiumi laghi costieri.

Questa classe come la precedente non raggiunge mai ,in nessuna delle tre immagini classificate, una percentuale di copertura superiore al 1 %. Oltre a questo bisogna considerare che la classe non rappresenta una possibile fonte di contributo per quanto riguarda l’ erosione superficiale. Si è scelto di includerla nello studio per evitare che venisse classificata in altri tipi di superficie.

Classe 7 Aree non classificate: Zone innevate, zone soggette a copertura nuvolosa, zone

non classificate

Come descritto nei paragrafi 3.2 e 3.4 il totale delle aree appartenenti a questa classe sono state “ sottratte “ alle tre immagini classificate per evitare problemi di sovrastima o sottostima delle superfici. Per questo motivo la percentuale della superficie non classificata e il suo valore in ettari rimangono costanti all’interno del periodo di tempo considerato.