Transcript Rischio geologico a2

PERICOLOSITÀ
RICONDUCIBILE AI
PROCESSI FLUVIALI
erosione del suolo
ed
esondazioni
Processi fluviali
Processi legati all'azione delle acque incanalate, a sviluppo
prevalentemente lineare, che producono nel terreno incisioni più o
meno lunghe e profonde dette solchi vallivi
Questi processi si manifestano direttamente nei letti o alvei
fluviali (dove si riconoscono: letto ordinario, letto di magra e
letto d’inondazione), ma i fenomeni di erosione di fondo o
laterale dei corsi d’acqua e le più o meno frequenti inondazioni e
divagazioni fanno sì che questa azione si risenta anche nei
versanti (e quindi nel bacino idrografico) e nei bacini dove i fiumi
sfociano
Lavoro svolto dall’acqua possibile grazie all’energia posseduta da
un corso d’acqua (velocità causata dalla gravità perché esistono
dei dislivelli: En. Pot. che si trasforma in En. Cin.)
Bacino idrografico
In generale si ha:
erosione (presa in carico) nelle zone più alte del bacino idrografico
(pendenze maggiori e velocità più elevate)
trasporto dei materiali erosi (portata solida del corso d'acqua) verso
valle (per galleggiamento, saltazione, rotolamento e strisciamento)
deposizione nelle zone dove le pendenze diminuiscono notevolmente e
l'energia della corrente diminuisce
Diagramma di Hjulstrom
illustra le relazioni fra i processi di erosione, trasporto e
sedimentazione di un fiume, in relazione alla sua velocità e alle
dimensioni dei granuli presenti
Trasporto di fondo
Trasporto in sospensione
Processi di erosione fluviale
(corrasione)
Erosione di fondo: quando il corso d’acqua tende ad approfondirsi,
incidendo l’alveo
Erosione laterale: quando il corso d’acqua tende a divagare e a far
arretrare le sponde
PRINCIPALI forme di erosione
Valli il cui profilo trasversale è a forma di V (se prevale l’erosione verso il fondo) o a
fondo di battello (se si ha anche erosione laterale)
Gole o forre e canyons: valli profonde e dai fianchi verticali originatesi, per erosione di
fondo, nelle rocce molto dure e compatte
Valli ampie con versanti poco ripidi nelle rocce più tenere
Cascate: gradini o scarpate che hanno origine quando un fiume incontra una roccia
molto resistente. Essi tendono ad essere demoliti per lo scalzamento alla base che
determina altresì l’arretramento verso monte (erosione regressiva)
Caldaie o marmitte dei giganti o marmitte di evorsione: scanalature e nicchie
semicilindriche che hanno origine per processi di evorsione (a causa della dinamica
fluviale si possono formare dei vortici d’acqua ad asse subverticale che tendono ad
erodere verso il fondo la roccia; se nei moti vorticosi sono coinvolti anche dei ciottoli,
l’azione erosiva è più efficace grazie agli urti e all’azione di sfregamento che questi
esercitano sul fondo roccioso)
Ripe di erosione fluviale: gradini o scarpate modellate per erosione laterale lungo le
sponde di un corso d’acqua
Valli a V
Valli a fondo di battello
Canyon fluviali
cascate
Ripe o scarpate di
erosione fluviale
forme di deposito
sono legate alla diminuzione della energia di trasporto della corrente
fluviale quando diminuisce la pendenza
conoidi alluvionali: si formano allo sbocco di affluenti in una valle
principale. Si tratta di morfologie convesse a forma di settore di
cono, costituite da depositi alluvionali, che vengono rilasciati per
perdita di energia.
pianure alluvionali: forme di accumulo caratteristiche dei tratti
terminali dei fiumi. Il deposito del materiale trasportato (deposito
alluvionale costituito da frammenti rocciosi di ogni grandezza e
litologicamente eterogeneo) avviene nelle zone più depresse, dove si
formano ampie distese pianeggianti per erosione laterale del corso
d’acqua (es.: Pianura Padana). Quando queste piane non presentano
accumuli alluvionali ma sono intagliate direttamente sulle rocce del
substrato, si parla allora di superficie di erosione fluviale (N.B.
quest’ultima costituisce una forma di erosione)
Conoide alluvionale
Conoide di deiezione
Pianure alluvionali
Livello di base: livello al di sotto del quale non può aversi erosione fluviale
Profilo longitudinale
di un corso d’acqua:
solitamente tende ad
assumere una
configurazione
concava verso l’alto
(profilo di equilibrio:
in tutti i punti del
fiume il materiale
eroso viene
compensato da un
uguale quantitativo di
materiale che si
deposita). Dipende
dalle litologie
attraversate dal corso
d’acqua e,
soprattutto, dal livello
di base
PERICOLOSITÀ DA INONDAZIONE
Dovute a piene fluviali particolarmente abbondanti che
determinano la creazione di aperture lungo gli argini dei fiumi o
la tracimazione delle acque al di sopra di essi, con conseguente
allagamento delle zone circostanti
Aree inondabili: piane e conoidi alluvionali (zone solitamente
vulnerabili perché presentano terreni fertili, disponibilità di
acqua
e
una
configurazione
pianeggiante
favorevole
all’insediamento di complessi abitativi e industriali)
Inondazione più catastrofica: Fiume Giallo (Huang ho) che, nel
1887, allagò 15.000 km2 di terreno nella Cina settentrionale e
che provocò la morte di un milione di persone
In Italia: alluvione del Po (1951), dell’Arno (1966) e del Panaro
nel modenese (1982)
Piane alluvionali: Inondazioni facilitate dalla presenza di alvei
pensili
Conoide alluvionale: le aree più facilmente inondabili (altissimo
grado di pericolosità da inondazione) sono localizzate lungo il canale
principale, allo sbocco del settore montuoso e alla base della
conoide.
Normalmente i depositi alluvionali vengono rilasciati in
corrispondenza dell’alveo torrentizio che, conseguentemente, si
sopraeleva rispetto alle aree circostanti. In occasione delle piene il
torrente può abbandonare il suo letto per seguire un altro tracciato
meno elevato, che verrà successivamente innalzato dalla deposizione
di nuovo materiale alluvionale. Gli spostamenti possono avvenire
lungo i raggi del “ventaglio” che costituisce la conoide. Queste
possibili divagazioni rendono altamente pericolose le aree di una
conoide
Fattori delle inondazioni
Fattori transitori
1. tipo, durata, intensità e distribuzione delle precipitazioni
2. improvvisa fusione di neve o ghiaccio
3. tasso di evaporazione acque meteoriche
Fattori permanenti
1. caratteristiche dei versanti (estensione, pendenze, ecc.)
2. area e forma dei bacini idrografici
3. tipo e densità della rete idrografica
4. grado di permeabilità delle rocce
5. larghezza e profondità degli alvei
Altri fattori
1. presenza di copertura vegetale
2. grado di urbanizzazione e, più genericamente, di
antropizzazione
3. esistenza di opere idrauliche
Aree con condizioni climatiche favorevoli alla presenza di vegetazione:
i colmi di piena (massima portata e, quindi, massimo livello dell’acqua
raggiunto durante una piena) sono meno elevati di quelli raggiunti, a parità di
precipitazioni meteoriche, nelle regioni dove c’è scarsa presenza di
vegetazione.
In generale le inondazioni più pericolose sono quelle con:
1.
2.
3.
4.
5.
elevato colmo di piena
breve ritardo fra il colmo di piena e l’apice degli
afflussi meteorici
elevata velocità e grandi volumi di acqua
elevata frequenza e lunga durata delle piene
piogge eccessive e contemporaneo scioglimento delle
nevi
Generalmente però le piene, rispetto ad altri fenomeni geologici,
hanno un grado di prevedibilità maggiore.
tipi di piene
Piene improvvise (flash floods): eventi estremi di breve durata che si verificano in
coincidenza di intense precipitazioni, quando la quantità di piogge supera la capacità di
infiltrazione del terreno.
Le piogge poco intense ma persistenti danno invece luogo a piene di maggiori volumi, anche
se più diluite nel tempo. Queste piene sono quelle responsabili delle esondazioni più comuni.
Generalmente singoli eventi di piena hanno un solo picco principale (colmo di piena o portata
di piena).
Piene più preoccupanti e più pericolose: quando in una piena si verifica una serie di picchi in
rapida successione, ovvero una piena multipla a più eventi (causate da condizioni
meteorologiche complesse)
Parametri di una piena che influenzano il grado di pericolosità:
1.
livello raggiunto dall’acqua (superiore all’altezza delle sponde)
2.
portata del fiume
3.
durata dell’evento (questi tre parametri determinano profondità ed estensione
dell’area inondabile)
4.
velocità di deflusso dell’acqua di piena
5.
tempo di ritardo fra precipitazioni e picco di piena
Valutazione dell’entità dell’erosione
nei bacini fluviali
La progettazione di interventi tecnici sul territorio pone in
evidenza l’esigenza di descrivere quantitativamente, con la
maggiore precisione possibile, l’intensità dei processi erosivi.
Le metodologie di studio che vengono utilizzate
nell’affrontare il problema della valutazione dell’entità
dell’erosione del suolo possono essere suddivise, in prima
approssimazione, in:
1.
approcci che fanno utilizzo di indagini dirette
2. tecniche che si avvalgono di analisi di tipo indiretto
Valutazione dell’entità dell’erosione
nei bacini fluviali
La progettazione di interventi tecnici sul territorio pone in
evidenza l’esigenza di descrivere quantitativamente, con la
maggiore precisione possibile, l’intensità dei processi erosivi.
Le metodologie di studio che vengono utilizzate
nell’affrontare il problema della valutazione dell’entità
dell’erosione del suolo possono essere suddivise, in prima
approssimazione, in:
1.
approcci che fanno utilizzo di indagini dirette
2. tecniche che si avvalgono di analisi di tipo indiretto
indagini dirette
Le tecniche di indagine diretta sono quelle che permettono di ottenere informazioni più precise e
conformi alle condizioni reali, poiché si fondano sull’acquisizione di dati tramite misure condotte sul
campo
Stazioni torbiometriche
Misurano direttamente, tramite delle traverse o delle dighe realizzate lungo i fiumi in prossimità della
foce, il Trasporto torbido (quantità in peso dei materiali in sospensione passanti per una data sezione
fluviale, espressa in kg/s)
Indagini in bacini sperimentali
Questo tipo di indagini può essere effettuato in bacini sperimentali attrezzati con idonee
strumentazioni, che consentono di stimare l’entità effettiva dei processi erosivi in atto; la quantità dei
materiali trasportata dal collettore posto all’uscita dell’area campione rappresenta la misura dell’entità
dell’erosione. Nei bacini sperimentali vengono inoltre determinati quantitativamente altri parametri, tra
cui gli afflussi meteorici, il deflusso superficiale, l’infiltrazione e l’umidità del suolo.
In alcuni casi sono stati condotti degli esperimenti simulando la pioggia.
I valori di erosione del suolo e di deflusso superficiale dipendono da alcune caratteristiche dei bacini: 1)
morfologia, 2) litologia, 3) copertura vegetale, 4) pendenze locali, 5) condizioni microclimatiche.
dove è presente una fitta copertura vegetale il deflusso superficiale e l’erosione assumono valori
trascurabili a vantaggio dell’infiltrazione; quest’ultima, infatti, viene favorita dal rallentamento
dell’acqua di deflusso, determinato dalla presenza dell’erba, delle foglie e delle piante.
Nelle aree prive di copertura erbosa, il deflusso superficiale e l’erosione del suolo tendono ad assumere
valori elevati
Difficoltà: 1) all’allestire una stazione sperimentale; 2) individuazione del sito idoneo nel
quale effettuare le misure (l’area prescelta deve infatti avere caratteristiche tali da
poter essere considerata rappresentativa per la zona in cui è collocata, al fine di
poter estrapolare i dati ottenuti all’intero bacino); 3) scelta delle strumentazioni più
adatte (bisogna stabilire se avvalersi di strumenti a registrazione continua, oppure
optare per quelli che effettuano misure di tipo puntuali); 4 aspetto economico
(l’allestimento di una stazione sperimentale comporta infatti elevati costi relativi
all’acquisto ed alla gestione delle strumentazioni).
Pregi delle INDAGINI DIRETTE
Forniscono informazioni più precise ed aderenti alla realtà in quanto si basano
sull'osservazione e sulla misura dell'intensità dei fenomeni in atto.
Rappresentano una premessa indispensabile per le analisi statistiche di dettaglio che
consentono di verificare l'attendibilità delle misure e la possibilità di estrapolare i
risultati ottenuti.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
LIMITI
Scelta delle strumentazioni (aspetto economico)
Affidabilità degli strumenti e limiti delle misure che vengono effettuate
Rilevamento dei dati nel tempo
Strumenti in registrazione continua (costi elevati e grande quantità di dati)
Misurazioni periodiche (potrebbero non registrare eventi estremi)
Rilevamento dati nello spazio
I dati si riferiscono ad aree molto ristrette e vengono poi estrapolati a tutto il bacino
Indagini indirette
La valutazione dell’entità dell’erosione effettuata con metodi diretti, a
causa delle difficoltà che comporta, va considerata come uno
strumento che permette di elaborare e verificare modelli che
consentano
di
stimare
indirettamente,
attraverso
analisi
matematiche e statistiche, il tasso di erosione del suolo di aree
situate al di fuori dei bacini osservati.
In questo tipo di metodologia è evidente la necessità di individuare
uno o più parametri che esprimano l’intensità dei processi erosivi.
Nella maggior parte dei lavori che si propongono di stimare, per via
indiretta, l’entità dell’erosione in un bacino idrografico, tale parametro
è stato individuato nel “trasporto torbido dei corsi d’acqua”.
Si parte dal presupposto che tutto il materiale che viene eroso da un bacino a
causa dei processi di degradazione meteorica, di denudazione (frane, movimenti
lenti del terreno, trasporti in massa, cadute di detrito e ruscellamento diffuso e
concentrato) e di erosione lineare, alla fine va a finire nei corsi d’acqua che lo
trasportano fino alla foce.
Limiti
L’utilizzo dei metodi di indagine indiretta, sebbene
sia più rapido ed economico rispetto alle misurazioni
effettuate sui bacini sperimentali, deve confrontarsi
con la difficoltà di individuare delle relazioni che
siano applicabili universalmente. Questo tipo di
indagini infatti non può prescindere da
un’operazione di taratura effettuata a livello locale
tramite il confronto dei risultati ottenuti con quelli
riscontrati tramite l’utilizzo di misurazioni dirette.
analisi geomorfica quantitativa
Attraverso l’individuazione di funzioni che legano i parametri
morfometrici e climatici con il “trasporto torbido” medio annuo
dei corsi d’acqua, si può stimare l’entità dei processi erosivi areali
e lineari che interessano i bacini idrografici (Indice di
denudazione).
Denudazione: fenomeni che concorrono all’erosione nei bacini
fluviali (azione diretta dei corsi d’acqua, movimenti in massa,
processi legati ad agenti di trasporto – acque dilavanti, ghiaccio,
vento, ecc. – degradazione meteorica, interventi antropici)
Obiettivo geomorfica quantitativa: calcolo dell’entità dell’erosione ad
opera delle acque correnti superficiali. Viene preso in considerazione il
trasporto solido che si suddivide in trasporto per trascinamento sul fondo
(non misurabile), trasporto in sospensione (o trasporto torbido) e trasporto
in soluzione (non misurabile)
Le valutazioni dell’entità dell’erosione nei bacini fluviali
prendono in considerazione il Trasporto torbido in quanto
questo parametro esprime la percentuale più alta del
materiale trasportato meccanicamente da un corso d’acqua
(50% in climi aridi e semi aridi, fino a 90% nei climi umidi)
I valori massimi di trasporto torbido si hanno nelle regioni
dove le precipitazioni meteoriche sono comprese fra i
valori di 250 e 350 mm (climi semi aridi).
Le equazioni che danno i valori dell’entità dell’erosione devono
tenere conto dei seguenti fattori:
1. condizioni climatiche
2. utilizzazione del suolo
3. litologia
4. topografia
5. copertura vegetale
gerarchizzazione dei reticoli idrografici
Ordine gerarchico: costituisce una proprietà lineare di un sistema
fluviale. Il reticolo idrografico può essere suddiviso in singoli
elementi o aste fluviali secondo un ordine gerarchico (u) :
Criterio di gerarchizzazione proposto da Strahler (1960)
ogni ramo senza affluenti, cioè alimentato soltanto dal
ruscellamento e/o da sorgenti, costituisce un elmento di I ordine;
dalla confluenza di due segmenti di I ordine si origina un’asta di II
ordine; dalla confluenza di due segmenti di II ordine si origina
un’asta di III ordine e così via;
in sostanza, dalla confluenza di due aste dello stesso ordine u,
si ottengono dei segmenti di ordine u + 1;
qualora un segmento fluviale di ordine u incontri un segmento di
ordine u + 1 o di ordine ancora maggiore, non si verifica
l’incremento di ordine gerarchico.
Secondo questo criterio, il corso d’acqua principale di un bacino
presenta il numero d’ordine più alto di tutto il reticolo fluviale.
Rapporto di biforcazione (Rb)
Viene definito come il rapporto tra il numero dei segmenti fluviali di un dato ordine (Nu) e il numero dei
segmenti dell’ordine immediatamente successivo (NU+1)
Rb = Nu / Nu+1
Il rapporto di biforcazione di un bacino fluviale è dato dalla media degli Rb relativi alle coppie di numeri di
segmenti di ordine u e u + 1.
I valori di Rb solitamente sono compresi fra 3 e 5. Il minimo teorico è 2 (a questo valore corrisponde il
massimo grado di gerarchizzazione)
Rapporto di biforcazione diretto (Rbd)
È dato dal rapporto tra il numero di segmenti fluviali di un dato ordine che influiscono in segmenti dell’ordine
immediatamente superiore (NdU) ed il numero di questi ultimi (NU+1)
Rbd = NdU / NU+1
Il limite teorico inferiore di Rbd è 2, così come per Rb; per definizione i valori di Rbd non possono essere più
alti di quelli di rb (Rbd < Rb)
Indice di biforcazione (R)
Tiene conto della presenza di influenze gerarchicamente anomale. È dato dalla differenza tra Rb e Rbd
R = Rb – Rbd
Statisticamente i valori di R sono compresi fra 0.2 e 2. Un caso limite si verifica quando Rb = Rbd (con R = 0,
minimo teorico). In questo caso il reticolo mostra la massima organizzazione gerarchica. Essendo
strettamente connesso alla presenza di influenze gerarchicamente anomale, generalmente numerose negli
stadi iniziali di evoluzione di un bacino, l’indice di biforcazione può dare utili informazioni ai fini di una
valutazione quantitativa dell’evoluzione stessa dei reticoli idrografici.
Lo stato di organizzazione e, quindi, di evoluzione dei reticoli idrografici può essere tradotto
quantitativamente mediante parametri che ne esprimono il grado di gerarchizzazione
Parametri relativi alle anomalie gerarchiche
Pur risultando significativo nell’ambito di un singolo bacino, l’indice di biforcazione (R) non può essere
utilizzato per il confronto dell’organizzazione gerarchica di bacini diversi.
È necessario infatti considerare come le influenze anomale sono distribuite nei vari ordini
Numero di anomalia gerarchica (Ga)
Corrisponde al numero minimo di segmenti di I ordine necessari a far diventare il reticolo idrografico
perfettamente gerrachizzato.
Densità di anomalia gerarchica (ga)
È definita come il rapporto tra il numero di anomalia gerarchica (Ga) e l’area del bacino (A)
ga = Ga / A
Bassi valori di ga si riferiscono a bacini ben organizzati, dove i processi di denudazione sono di tipo lineare
mentre l’erosione areale risulta subordinata. Si può affermare il contrario per alti valori di ga.
Indice di anomalia gerarchica (Δa)
È dato dal rapporto fra il numero di anomalia gerarchica (Ga) e il numero di segmenti di I ordine di un bacino
(N1)
Δa = Ga / N1
In generale, valori bassi di questi tre parametri si riscontrano in bacini con una buona organizzazione
gerarchica, mentre valori alti sono tipici di bacini caratterizzati dalla presenza di terreni argillosi, da una
scarsa copertura vegetale e da una intensa attività tettonica recente
Densità di drenaggio (D)
D =  L / A
Il grado di sviluppo dei reticoli idrografici è influenzato, direttamente ed indirettamente, da molti fattori e
si ripercuote, a sua volta, sulla quantità totale di materiale solido trasportato; pertanto il suo studio non può
essere trascurato nell’esame dei rapporti esistenti tra i processi erosivi fluviali e le condizioni e i fattori
che concorrono a determinarne l’entità.
In termini quantitativi può essere espresso dal parametro Densità di drenaggio (D) definito come il
rapporto fra la somma delle lunghezze delle aste fluviali di un bacino ( L) e l’area dello stesso bacino (A)
Esso è funzione della permeabilità e dell’erodibilità dei terreni affioranti
Analisi ipsometrica
A completamento dell’analisi geomorfica
quantitativa si esegue un’analisi ipsometrica che
consiste nel ricavare una curva cumulativa
relativa al bacino idrografico in esame. Tale
curva rappresenta la distribuzione percentuale
delle altezze rispetto alle aree
Curva ipsometrica ideale : l’erosione lineare
e quella sui versanti tendono ad equilibrarsi
Concavità verso
l’alto: indica
maturità del bacino.
L’azione
morfogenetica
dominante è
quella dei processi
di erosione sui
versanti
Concavità verso
il basso: indica
immaturità del
bacino. I
processi di
denudazione dei
versanti sono
subordinati
all’approfondimento verticale
operato dai
corsi d’acqua
Trasporto Torbido Unitario Medio Annuo (Tu)
Attraverso delle equazioni matematiche che tengono conto
dei parametri fin qui elencati (o solo di quelli più significativi
per aree determinate), è possibile arrivare ad una stima del
Tu di un bacino, cioè quantificare l’erosione che avviene in
una determinata area.
Queste equazioni sono diverse da area ad area e dipendono
dalle condizioni climatiche, dalle litologie che costituiscono
un bacino, dalla presenza o meno di vegetazione (e dal tipo di
specie vegetali esistenti), da fattori antropici, ecc.
Per i bacini idrografici costituiti da rocce essenzialmente
argillose della Sicilia può essere utilizzata la seguente
formula:
log Tu = 0,33479 x D + 0,15733 x Δa + 1,32888
(tonn/km2/anno)