Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

153

THE MEASUREMENTS OF WATER EXCHANGES AT THE VENICE LAGOON INLETS

L. Zaggia

1

*, A. Mazzoldi

1

, M. Gacic2, F. Costa

1

1

CNR-ISMAR, Istituto di Scienze Marine, Venezia, Italy - * luca.zaggia@ve.ismar.cnr.it

2

OGS, Istituto Nazionale di Oceanografia e Geofisica Sperimentale, Trieste, Italy

Abstract

The quantification of the water and sediment exchanges through the inlets of the Venice Lagoon is a fundamental requirement for designing

interventions aimed at protecting the lagoon environment against exceptional tides and erosion processes. Acoustic Doppler current

profilers are now being extensively used for the continuous monitoring of the ?ow to investigate the hydrodynamic characteristics and

sediment transport in the cross-section of three inlets. An overview of researches undertaken and the main results so far obtained is given.

Keywords: Venice Lagoon, Adriatic Sea, water exchange, acoustic-Doppler profilers, sediment transport

The water exchanges between the lagoon of Venice and the Adriatic

Sea are ensured by three inlets: Lido, Malamocco and Chioggia (from

North to South). Their widths varies from about 450 m, of the

Malamocco inlet, to about 900 m of the Lido inlet, while their depth

is at most 20 m. The ?ow is essentially driven by the tide excursion in

the northern Adriatic Sea even if some in?uence of wind forcing may

affect the water circulation under extreme meteorological conditions.

The overall water volume of the lagoon is about 550 millions of m

3

.

Although the residence times of lagoon waters can vary considerably

in the different compartments - in relation to the distance from the

inlets, the morphology of the shallow-water areas and the

characteristics of the drainage pattern – it can reasonably be presumed

that such a volume is renewed on a relatively short time-scale (1-2

days). Flow rate as high as of 8000 m

3

/s in a single inlet were in fact

estimated by previous investigators with a modelling approach.

The tidal exchange is, therefore, the chief controlling factor for

processes affecting the life and evolution of the lagoon ecosystem

such as:

– thermal exchanges between the lagoon and the open-sea and their

effects on the biological communities and algae production;

– sediment transport within the lagoon and exchanges of materials

with the sea and the nearby littorals and their effects on the erosion-

deposition balance;

– oxygen supply in the shallows and marginal areas;

– supply of nutrient substances to lagoon organisms and the removal

of decomposition products;

– reproduction and migratory cycles of the fauna;

– human activities in the urban areas and minor isles.

Monitoring the exchanges of water, sediments and dissolved

substances at the three inlets of the Venice Lagoon is, therefore,

fundamental for the management of interventions aimed at

safeguarding the lagoon environment and defending it from

exceptional high tides. As like many other environmental variables,

these evaluations must necessarily be based on sufficiently long

records (time series). This will permit to identify evolutionary

tendencies and to minimise the negative impacts of ongoing

transformations on the planned interventions.

Regardless of the widely recognised priority of studies on the water

and sediment exchanges between the Venice lagoon and the Adriatic

Sea, the absence of a continuous series of observations of the ?ow at

the inlets has always represented a serious obstacle to the progress of

the research in the above-mentioned fields.

Acoustic Doppler current profilers (ADCP) have been recently

employed for the continuous recording of the ?ow at the sea inlets

permitting the acquisition of a two-year long time series of discharge

for each of the three inlets. The trend of average annual/seasonal

?uxes, and the variations induced by particular weather and sea

conditions, such as those responsible for exceptional tides and

?ooding, are jointly investigated by CNR-ISMAR and OGS research

teams. A CNR-ISMAR research group also investigates the

hydrodynamics and evolution of velocity fields in the inlet cross-

sections as well as suspended sediment transport. The activities so far

performed were granted by two main research projects:

– “Quantità e Qualità degli Scambi tra Laguna e Mare”, funded by

CO.RI.LA - Consorzio Ricerche Lagunari, Venice;

– “Misure del Trasporto alle Bocche di Porto e nei Canali Lagunari”,

funded by A.P.A.T - Agenzia per la Protezione dell’Ambiente e per i

Servizi Tecnici, Venice.

Bottom-mounted ADCPs have recorded current speed and

directions along the vertical profile, at approximately the mid portion

of the main channel of each inlet, since January 2001. The analysis of

time series permitted a description of the temporal evolution of tidal

currents. A study of the water exchange rates was also possible after

determining the relationship between the vertically averaged current

and the magnitude of ?ow rate obtained from transects acquired by

vessel-mounted ADCPs. The scatterplot obtained for the Lido inlet

(Fig. 1), shows the good correlation found between discharge and the

average tidal current. Instantaneous discharge values as high as 8000

m

3

/s are associated with the maximum current speeds (about 1.2 m/s)

measured in this inlet. The average magnitude of tidal exchanges

between the whole lagoon and the open sea is, therefore, of the order

of 10,000 m

3

/s, which implies a mean residence time of water masses

of the order of one day, or a full tidal cycle [1].

It would be expected that the observed magnitude of the exchange

rates has strong implications for the transport of suspended sediments,

particularly when wind-induced stress in shallow water areas of the

lagoon resuspend large amounts of sediments. For these reasons the

research work has now been extended to monitoring suspended

sediment ?uxes and the study of their variation over time. Sediment

transport mechanisms within the inlets will also be investigated by

applying the Sediview software procedure to the ADCP transect

acquisitions which will permit a better spatial resolution than

conventional techniques.

Fig. 1. Scatterplot of vertically averaged current velocity and discharge

for the Lido inlet.

References

1-Gacic M., Kovcevic V., Mazzoldi A., Paduan J., Arena F., Mancero

Mosquera I., GelsiG., and Arcari G., 2002. Measuring Water Exchange

between the Venetian Lagoon and the Open Sea. Eos T. Am. Geophys.

Union, 83 (20): 217-222.