The Application of Video-Monitoring Data to Understand Coastal and Estuarine Processes

The present thesis concerns the application of the data coming from a new video-monitoring station, called SGS, to improve knowledge of the hydro-morphodynamic processes on a typical natural sandy beach near an estuary along the Adriatic coast (Italy). The SGS station was installed in the Senigallia harbour and collects ten minutes of full-frame images at 2Hz each hour. In this work, the videos of the period 2015-2017 have been post-processed. The elaborated images have been used to perform two different analyses: 1) the study of the capability of the SGS data to estimate the water depth using cBathy (a widely used algorithm for depth-inversion) and 2) the study of the dynamics of a multiple sandbars system. The results of the first analysis varied in quality as a function of the location and wave conditions and a general underestimation of the depth has been found in a large portion of the domain. A detailed debugging analysis was carried out to find the reasons of this poor performance. The main source of error was found to be the large angle between the camera viewing direction and the direction of propagation of the incident waves. A synthetic analysis was performed to analyse in depth this aspect. The synthetic procedure can be applied also to design future shore-based video monitoring stations. With reference to the second analysis, the complex 3D-variability (switching and bifurcation) of the multiple sandbars system has been recognized from the images, this highlighting the capability of the SGS station to monitor the seabed features of the study field. Three orders of bars have been identified, in agreement with previous studies based on data collected by in-situ surveys and their motion has been correlated with the wave climate. In the analysed period, a general stability of the bar system in response to storm events with waves coming from NNE has been found, while a net offshore migration has been observed under the only storm with waves coming from ESE. The different behaviour has been related to the wave direction and to the reflection of the ESE waves off the wall of the nearby river pier.

La presente tesi riguarda l’uso dei dati raccolti da una nuova stazione di video monitoraggio, denominata SGS allo scopo di accrescere la conoscenza dei processi idro-morfodinamici caratteristici di una spiaggia sabbiosa naturale tipica della costa Adriatica, in prossimità di un estuario. La stazione è stata installata all’interno del porto di Senigallia e ogni ora registra un video di dieci minuti a 2Hz. In questa tesi, sono stati elaborati i video raccolti dal 2015 al 2017. Le immagini derivanti sono state utilizzate in due differenti analisi: 1) lo studio della capacità di stimare la batimetria applicando il codice cBathy (un algoritmo ampiamente utilizzato per la valutazione della profondità dell’acqua tramite analisi inversa) ai dati ottici provenienti dalla stazione e 2) lo studio della dinamica di un sistema di barre sommerse. La stima della profondità dell’acqua varia, in termini di qualità, in funzione della posizione spaziale e delle condizioni ondose e si è osservata una generale sottostima della profondità in gran parte del dominio. Si è quindi eseguita una dettagliata analisi per comprendere il motivo di tale risultato. La causa principale è stata attribuita al grande angolo presente tra l’asse ottico della telecamera e la direzione di propagazione delle onde incidenti. Dei test sintetici sono stati usati per analizzare più in profondità questo aspetto. La procedura utilizzata può essere applicata anche per il progetto di nuove stazioni di video-monitoraggio. Per quanto riguarda la seconda analisi, le immagini disponibili permettono di ben identificare la complessa variabilità 3D (commutazione e biforcazione) del sistema di barre sommerse, sottolineando la capacità della stazione SGS di monitorare le caratteristiche del fondale dell’area oggetto di studio. Tre principali ordini di barre sono stati identificati in accordo con gli studi precedenti basati su dati raccolti da indagini in situ e la loro migrazione è stata correlata con il clima ondoso. Durante il periodo analizzato, è stata riscontrata una generale stabilità del sistema di barre in risposta a eventi di tempesta con onde provenienti da NNE, mentre è stato osservato un netto movimento delle barre verso il largo durante l’unica tempesta con onde provenienti da ESE. Il diverso comportamento è stato collegato alla diversa orientazione delle onde e alla riflessione delle onde provenienti da ESE dal molo del fiume.