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 (+)