3D ERT modellings to explore the effect of 3D geometry on 2D ERT monitoring of river levees

The aim of this thesis is to shed light on one of the most challenging problems related to 2D electrical resistivity tomography (ERT) monitoring of river embankments. Knowing that 2D ERT monitoring is less expensive and time consuming than 3D measurements, a reasonable approach is to use 2D measurements to adequately monitor the internal conditions of embankments. It is then necessary to estimate and correct the distortions from the 3D geometry in order to make the measured data the most reliable as possible. A permanent ERT monitoring system was installed along a critical part of a river embankment in Colorno (PR) on 26 November 2018. ERT data are to be used to detect the moisture dynamics inside the levee and, if thresholds of instability are met, to alert the population and the authority for the flood risk. In this thesis, 3D geometry effects are quantified for 2D ERT data measured along this river embankment. Five parallel ERT profiles were also measured along the levee to explore 3D effects for different lateral positions of 2D profiles. Based on resistivity measurements at the study site, four different models were defined in RES2DMOD and RES3DMODx64 to quantify the 3D effects. Using the pseudosections of the differences between 2D and 3D calculations, measured datasets were corrected for 3D geometry effects. The results showed that 3D effects significantly distort 2D data. It was also observed that 3D effects are not only influenced by the geometry of the embankment but also by resistivity distribution in the levee. Graphs of the ratio of calculated resistivity values from RES3DMODx64 to those from RES2DMOD can be used to correct measured data for each level. Corrected data can then be inverted to obtain more accurate images.

Lo scopo di questa tesi è quello di far luce su uno dei problemi più significativi legati al monitoraggio degli argini fluviali tramite misurazioni ERT in 2D. Sapendo che il monitoraggio ERT 2D è meno dispendioso in termini di tempo e denaro rispetto alle misurazioni 3D, un approccio ragionevole consiste nell'utilizzare misurazioni 2D per monitorare adeguatamente le condizioni interne degli argini. È quindi necessario stimare e correggere le distorsioni dalla geometria 3D al fine di rendere i dati misurati il più affidabili possibile. Il 26 novembre 2018, lungo una parte critica dell’argine fluviale sito in Colorno (PR), è stato installato un sistema di monitoraggio permanente basato sulle immagini di resistività. I dati ERT hanno lo scopo di rilevare la dinamica dell'umidità all'interno dell'argine e, qualora vengano soddisfatte le soglie di instabilità, di allertare la popolazione e l'autorità per il rischio di alluvione. In questa tesi, gli effetti geometrici 3D sono quantificati per i dati ERT 2D misurati lungo questo argine fluviale. Cinque profili ERT paralleli sono stati misurati lungo l'argine per esplorare gli effetti 3D per diverse posizioni laterali di profili 2D. Sulla base delle misurazioni di resistività nel sito dello studio, sono stati definiti quattro diversi modelli in RES2DMOD e RES3DMODx64 per quantificare gli effetti 3D. Utilizzando le pseudo-sezioni delle differenze tra i calcoli 2D e 3D, i dati misurati sono stati corretti per gli effetti geometrici 3D. I risultati hanno mostrato che gli effetti 3D distorcono in modo significativo i dati 2D. È stato anche osservato che gli effetti 3D non sono influenzati solo dalla geometria del terrapieno ma anche dalla distribuzione della resistività nell'argine. I rapporti tra i valori resistività calcolati con RES3DMODx64 e RES2DMOD sono stati così usati per correggere i dati derivanti dalle misurazioni in sito. I dati corretti sono stati poi invertiti per ottenere immagini di resistività più accurate.