Ga2015 dinamica fluviale

Università degli Studi di Firenze Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Corso di Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie Geologiche

Corso di Geomorfologia Applicata Prof. Filippo CATANI

DINAMICA FLUVIALE A cura di: STEFANO DAPPORTO

Anno Accademico 2014-15

PROCESSI FLUVIALI

Fiume Sieve (Mugello)

ALVEI CONFINATI E NON CONFINATI

Alvei confinati, a fondo fisso (torrenti montani) - morfologia condizionata dai versanti - input di materiale in alveo dai versanti - generalmente incisi nel substrato roccioso

Alvei non confinati, a fondo mobile (corsi d’acqua alluvionali) - privi di condizionamento laterale - rari apporti di materiale dai versanti - elevata mobilità planimetrica e altimetrica

FORME FLUVIALI

Forme fluviali in alvei a fondo mobile

bankfull stage

canale sponde barre

terrazzo pianura inondabile

TIPI DI BARRE

1. barre laterali; 2. barre di meandro; 3. barre di giunzione o di confluenza; 4. barre longitudinali; 5. barre a losanga; 6. barre diagonali; 7. onde di sabbia, barre linguoidi o dune.

FORME FLUVIALI

FORME FLUVIALI

Barre laterali

FORME FLUVIALI

FORME FLUVIALI

Tipi di alvei fluviali: classificazione di Leopold & Wolman (1957)

In base alle caratteristiche planimetriche:

• Rettilinei (straight) • A canali intrecciati (braided) • Meandriformi (meandering)

FORME FLUVIALI

Tipi di alvei fluviali: classificazione di Shumm (1963)

FORME FLUVIALI

Alveo rettilineo (1)

FORME FLUVIALI

Alveo rettilineo a barre alternate (2)

FORME FLUVIALI

Alveo meandriforme (3a)

FORME FLUVIALI

Alveo meandriforme (3b)

FORME FLUVIALI

Alveo di transizione (4)

FORME FLUVIALI

Alveo a canali intrecciati (5)

FORME FLUVIALI

Alveo anastomizzato

VARIAZIONI MORFOLOGICHE DEL FONDO

Scala temporale Progressiva riduzione di pendenza durante un ciclo di erosione

VARIAZIONI MORFOLOGICHE DEL FONDO

VARIAZIONI MORFOLOGICHE DEL FONDO

CAUSE DELLE VARIAZIONI MORFOLOGICHE DEL FONDO

FATTORI NATURALI

Ø Variazioni climatiche Ø Variazioni idrologiche Ø Variazioni del livello del mare Ø Tettonica Ø Fenomeni vulcanici Ø Variazioni copertura vegetale (a scala di bacino) Ø Processi di versante

FATTORI ANTROPICI INTERVENTI IN ALVEO

Ø Tagli di meandro Ø Restringimenti Ø Dighe Ø Estrazione di inerti INTERVENTI A SCALA DI BACINO

Ø Disboscamenti Ø Rimboschimenti Ø Sistemazioni idraulicoforestali Ø Urbanizzazione

VARIAZIONI MORFOLOGICHE DEL FONDO

Equazione di Lane (1955)

D

S

Qs

Qs

Q

D

S

Qs D ~ S Q

Q

VARIAZIONI MORFOLOGICHE DEL FONDO

Effetti di interventi antropici

a) Taglio di meandro

c) Estrazione di inerti b) Costruzione di una diga

VARIAZIONI MORFOLOGICHE DEL FONDO

Erosione regressiva (Yalobusha River, Mississippi)

RISCHI DA DINAMICA D’ALVEO 1) VARIAZIONI DI QUOTA DEL FONDO INCISIONE a) Instabilità strutture in alveo (ponti, briglie, ecc.)

FIUME ARNO (VALDARNO INFERIORE)

RISCHI DA DINAMICA D’ALVEO 1) VARIAZIONI DI QUOTA DEL FONDO INCISIONE a) Instabilità strutture in alveo (ponti, briglie, ecc.) b) Erosione regressiva affluenti

HOTOPHIA CREEK (MISSISSIPPI, USA)

RISCHI DA DINAMICA D’ALVEO 1) VARIAZIONI DI QUOTA DEL FONDO INCISIONE a) Instabilità strutture in alveo (ponti, briglie, ecc.) b) Erosione regressiva affluenti c) Instabilità sponde

S.F. BIG NEMAHA (NEBRASKA, USA)

RISCHI DA DINAMICA D’ALVEO 1) VARIAZIONI DI QUOTA DEL FONDO INCISIONE a) Instabilità strutture in alveo (ponti, briglie, ecc.) b) Erosione regressiva affluenti c) Instabilità sponde d) Abbassamento livelli freatici e) Conseguenze su vegetazione riparia, habitat ecologici, colture nella pianura

1) VARIAZIONI DI QUOTA DEL FONDO SEDIMENTAZIONE f) Danni prodotti da intenso trasporto solido (torrenti montani)

VERSILIA (1996)

1) VARIAZIONI DI QUOTA DEL FONDO SEDIMENTAZIONE f) Danni prodotti da intenso trasporto solido (torrenti montani) g) Riduzione sezione idraulica (rischio da esondazione indotto)

WAIHO RIVER (NEW ZEALAND)

1) VARIAZIONI DI QUOTA DEL FONDO SEDIMENTAZIONE f) Danni prodotti da intenso trasporto solido (torrenti montani) g) Riduzione sezione idraulica (rischio da esondazione indotto) h) Conseguenze su vegetazione riparia e habitat ecologici

2) VARIAZIONI LATERALI DOVUTE AD EROSIONE DELLE SPONDE a) Danni a strutture ed infrastrutture adiacenti (strade, difese di sponda, argini) b) Perdita di terreni

FIUME SIEVE (MUGELLO)

2) VARIAZIONI LATERALI DOVUTE AD EROSIONE DELLE SPONDE a) Danni a strutture ed infrastrutture adiacenti (strade, difese di sponda, argini) b) Perdita di terreni c) Rischi di esondazione indotti da rotture arginali

FIUME ARNO (VALDARNO INFERIORE)

2) VARIAZIONI LATERALI DOVUTE AD EROSIONE DELLE SPONDE a) Danni a strutture ed infrastrutture adiacenti (strade, difese di sponda, argini) b) Perdita di terreni c) Rischi di esondazione indotti da rotture arginali d) Sedimentazione a valle indotta da alimentazione di sedimenti derivanti da erosione di sponda

FORKED DEER (TENNESSEE, USA)

2) VARIAZIONI LATERALI DOVUTE AD EROSIONE DELLE SPONDE a) Danni a strutture ed infrastrutture adiacenti (strade, difese di sponda, argini) b) Perdita di terreni c) Rischi di esondazione indotti da rotture arginali d) Sedimentazione a valle indotta da alimentazione di sedimenti derivanti da erosione di sponda e) Conseguenze su vegetazione riparia e habitat ecologici

CANE CREEK (W.TENNESSEE, USA)

BIG CREEK (MISSISSIPPI, USA)

YALOBUSHA RIVER (MISSISSIPPI, USA)

CAUSE DI EROSIONE E INSTABILITA’ DI SPONDE FLUVIALI

ARRETRAMENTO DI UNA SPONDA FLUVIALE Sponda sub-verticale

ARRETRAMENTO DI UNA SPONDA FLUVIALE L’erosione al piede incrementa la pendenza della sponda

ARRETRAMENTO DI UNA SPONDA FLUVIALE Si sviluppa una frattura di trazione

ARRETRAMENTO DI UNA SPONDA FLUVIALE L’infiltrazione aumenta le pressioni interstiziali

ARRETRAMENTO DI UNA SPONDA FLUVIALE Le sollecitazioni di taglio superano la resistenza al taglio del terreno

ARRETRAMENTO DI UNA SPONDA FLUVIALE Rottura della sponda

ARRETRAMENTO DI UNA SPONDA FLUVIALE L’erosione rimuove il materiale franato

ARRETRAMENTO DI UNA SPONDA FLUVIALE L’aumento di pendenza ricomincia

ARRETRAMENTO DI UNA SPONDA FLUVIALE La sponda torna ad essere sub-verticale

LA STABILITA’ DELLA SPONDA E’ RIDOTTA DA:

infiltrazione

erosione al piede

LA STABILITA’ DELLA SPONDA E’ AUMENTATA DA:

effetti idrologici e meccanici della vegetazione drenaggio

protezione al piede

EROSIONE FLUVIALE

EROSIONE FLUVIALE La corrente fluviale esercita uno sforzo di taglio τo al piede e sulla superficie della sponda Il materiale del fondo e della sponda oppongono una resistenza al movimento (sforzo di taglio critico, τc), legata all’attrito, alle dimensioni (peso) delle particelle ed alla coesione

το

τc

EROSIONE FLUVIALE La differenza tra lo sforzo di taglio (τo) e lo sforzo di taglio critico (τc) costituisce l’eccesso di sforzo di taglio, τe :

τe = τo - τc

τe

το

τc

MOVIMENTI DI MASSA

STABILITA’ DI UNA SPONDA FLUVIALE FATTORE DI SICUREZZA:

F =

FORZE RESISTENTI FORZE DESTABILIZZANTI

FORZE RESISTENTI

FORZE DESTABILIZZANTI

Ø Resistenza al taglio del materiale Ø Vegetazione (rinforzo radici)

Ø Peso del materiale Ø Geometria della sponda Ø Pressioni interstiziali positive

Condizioni di instabilità durante le piene

PRESSIONE DELL'ACQUA

PICCO DI PIENA PRESSIONI INTERSTIZIALI PESO DELLA MASSA (INCLUSA ACQUA)

PRESSIONE DELL'ACQUA

PRESSIONI INTERSTIZIALI PESO DELLA MASSA (INCLUSA ACQUA)

FASE DI SVASO

MOVIMENTI DI MASSA IN SPONDE FLUVIALI a) S civo lam en to su p erf iciale (s h allow s lid e )

d ) S civo lam en t o p lan are (p lan ar fa ilu re )

b ) C ro llo d i terra (s oil fall )

e) S civo lam en to p lan are o ribalt am en to co n f ratt u ra d i traz io n e ( s lab failu re )

c) S if o n am en to (p op -­‐ou t failu re )

f ) S civo lam en to ro taz io n ale (rotation a l fa ilu re )

g ) C ro llo d i m asse ag g ettan t i ( ca n tilever failu re ) 1 . p er ribaltam en to (beam fail. )

2 . p er tag lio ( s h ear fa il. )

3 . p er traz io n e (ten s ile fail. )

MOVIMENTI DI MASSA IN SPONDE FLUVIALI

Scivolamento superficiale

MOVIMENTI DI MASSA IN SPONDE FLUVIALI

Crollo di terra

MOVIMENTI DI MASSA IN SPONDE FLUVIALI

Sifonamento (pop-out)

MOVIMENTI DI MASSA IN SPONDE FLUVIALI

Scivolamento planare con frattura di trazione

MOVIMENTI DI MASSA IN SPONDE FLUVIALI

Scivolamento planare con frattura di trazione

MOVIMENTI DI MASSA IN SPONDE FLUVIALI

Scivolamento rotazionale

MOVIMENTI DI MASSA IN SPONDE FLUVIALI

Crollo per ribaltamento

MOVIMENTI DI MASSA IN SPONDE FLUVIALI

Crollo per taglio

MOVIMENTI DI MASSA IN SPONDE FLUVIALI

Crollo per trazione

Effetti della vegetazione sulla stabilità di un pendio Ø Intercettazione precipitazione (+) Ø Aumento di permeabilità del suolo (-) Ø Traspirazione (+)

Effetti della vegetazione sulla stabilità di un pendio Ø Intercettazione precipitazione (+) Ø Aumento di permeabilità del suolo (-) Ø Traspirazione (+) Ø Maggior disseccamento del suolo (-)

Ø Rinforzo ad opera delle radici (+) Ø Ancoraggio al substrato roccioso (+) Ø Sovraccarico dovuto al peso (-/+) Ø Trasmissione delle forze dinamiche causate dal vento (-)

Effetti della vegetazione sulla stabilità di un pendio Ø Intercettazione precipitazione (+) Ø Aumento di permeabilità del suolo (-) Ø Traspirazione (+) Ø Maggior disseccamento del suolo (-)

Ø Rinforzo ad opera delle radici (+) Ø Ancoraggio al substrato roccioso (+) Ø Sovraccarico dovuto al peso (-/+) Ø Trasmissione delle forze dinamiche causate dal vento (-)

Effetti della vegetazione sulla stabilità di un pendio MECCANISMI IDROLOGICI Ø Intercettazione precipitazione (+) Ø Aumento di permeabilità del suolo (-) Ø Traspirazione (+) Ø Maggior disseccamento del suolo (-) MECCANISMI MECCANICI Ø Rinforzo ad opera delle radici (+) Ø Ancoraggio al substrato roccioso (+) Ø Sovraccarico dovuto al peso (-/+) Ø Trasmissione delle forze dinamiche prodotte dal vento (-) Ø Riduzione erosione (+)