Laura Pedretti

Subsidence in Asian and African coastal cities: data analysis, modeling and prediction of subsidence in relation to groundwater extraction in Shanghai city.

Rel. Claudia Meisina, Roberta Bonì, Mandy Korff, John Lambert. Università degli Studi di Pavia, Dipartimento di Scienze della Terra e dell’Ambiente, Corso di Laurea magistrale in Scienze Geologiche Applicate, A.A. 2019/2020.

In collaborazione con Deltares (Delft, NL).

 

 

 

Abstract

Sebbene la subsidenza possa causare problemi ovunque, è particolarmente urgente affrontare questo problema nelle città costiere poiché esse sono anche minacciate dall’innalzamento del livello del mare. La subsidenza, nelle zone costiere di bassa elevazione, aumenterà l’impatto dell’innalzamento del livello del mare e aumenterà il rischio di inondazioni. È stato stimato che il livello del mare aumenterà di 10-20 cm entro il 2030, 20-40 cm entro il 2050 e 30-70 cm entro il 2070 (Hallegatte et al., 2013). La subsidenza può essere dovuta a processi naturali (carico naturale, terremoti o tettonica), oppure può essere innescata da attività umane (estrazione di acque sotterranee e idrocarburi, carico dovuto al peso di edifici, estrazione di materiali e minerali). È quindi necessario fornire una panoramica globale dei problemi di subsidenza nelle zone costiere. Nicholls et al. (2008), hanno selezionato 136 città costiere in base alla loro vulnerabilità a inondazioni dal mare, che cresce in relazione alla crescita demografica e socio-economica, alla loro vulnerabilità all’innalzamento del livello del mare e alla loro propensione alla subsidenza. Hallegatte et al. (2013) hanno calcolato le perdite economiche previste entro il 2050 in queste città, sulla base della loro crescita demografica prevista, dei loro beni e della subsidenza. Questa tesi fa parte di un progetto che coinvolge Deltares, un istituto indipendente olandese per la ricerca applicata nel campo dell’acqua e del sottosuolo, e l’Università di Pavia. Il primo scopo di questa tesi è la compilazione di un database facilmente ricercabile riguardo ai problemi relativi alla subsidenza per le 136 città costiere, con particolare focus sulle città africane e asiatiche tra quelle selezionate da Nicholls et al., (2008) e Hallegatte et al., (2013). Il database fornisce una panoramica delle cause di subsidenza più comuni in queste città (es. estrazione delle acque sotterranee e carico) ed è stato utilizzato per aggiornare la mappa di subsidenza mondiale dell’UNESCO Land Subsidence International Initiative (LASII). Il database è stato compilato leggendo oltre 400 pubblicazioni e articoli scientifici e contiene informazioni sui tassi e meccanismi di subsidenza, le tecniche di monitoraggio, nonché informazioni sulla geologia e l’idrogeologia della città. Quasi la metà delle città è costruita su depositi terziari, per lo più depositi fluviali quaternari. Due città su tre (escluse le 36 città per le quali non erano disponibili dati) sono costruite su soft soils (torba e argilla). Gli acquiferi più comuni nelle 136 città appartengono ai principali bacini idrici sotterranei (52%), seguiti da acquiferi con strutture geologiche complesse (25%) e acquiferi locali e poco profondi (23%). Inoltre, è stata effettuata un’analisi approfondita delle 19 città africane e delle 54 città asiatiche. Il 21% delle città africane e il 69% delle città asiatiche hanno un tasso di subsidenza noto. I tassi di subsidenza variano da un minimo di 2 mm/anno a un massimo di 88 mm/anno in Africa, in particolare a Lagos (Nigeria). In Asia, i tassi di subsidenza hanno intervalli molto vari anche all’interno della stessa città, ad esempio a Guangzhou (R.P. Cinese), vi sono intervalli da 8 mm/anno, a 35 mm/anno e fino a 70 mm/anno. Uno dei tassi massimi di subsidenza (200 mm/anno) è stato rilevato a Jakarta. Entrambi i continenti condividono la principale causa di subsidenza, ovvero l’estrazione di acque sotterranee, che si verifica nel 27% delle città africane e nel 46% delle città asiatiche. Il secondo scopo di questo studio è quello di analizzare situazioni ricorrenti tra le 136 città, come il tipo di relazione tra subsidenza ed estrazione di acqua, per essere utile in studi futuri come la modellazione. Pertanto, 5 delle 136 città sono state scelte per rappresentare quattro situazioni ricorrenti: la subsidenza non è correlata all’estrazione di acque sotterranee (Alessandria d’Egitto); la subsidenza è in parte correlata all’estrazione delle acque sotterranee (Atene); la subsidenza è attualmente causata dall’estrazione delle acque sotterranee (Jakarta e Shanghai) e l’estrazione delle acque sotterranee potrebbe causare subsidenza in futuro e quindi è importante fare ulteriori ricerche (Abidjan, Costa d’Avorio). L’ultima fase del lavoro è la modellizzazione delle città di Shanghai basata sui dati geotecnici disponibili in letteratura. Per comprendere la relazione tra l’estrazione delle acque sotterranee e la subsidenza è possibile utilizzare semplici modelli idrogeologici, come MWell, sviluppato da Deltares. Questo software può calcolare il drawdown e il settlement dovuti al pompaggio di pozzi e osservare come questi due fattori variano nel tempo. Per ottenere un modello soddisfacente, tuttavia, è necessario disporre di una serie temporale di estrazione sufficientemente lunga per poter calibrare il modello e prevedere i valori di drawdown e subsidenza in futuro. Ma è anche molto importante avere la posizione esatta dei pozzi e quanta acqua viene estratta e/o ricaricata da ogni acquifero. Shanghai ha un’importante eterogeneità laterale degli acquiferi dal punto di vista idrogeologico che, se non considerata dal modello, può portare a risultati insoddisfacenti.

Parole chiave

Estrazione di acque sotterranee, subsidenza, città costiere, città in via di sviluppo, innalzamento livello mare, rischio di inondazioni.