Morfologie, forme fluviali e depositi alluvionali

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1 Morfologie, forme fluviali e depositi alluvionali

2 MORFOLOGIE FLUVIALI: il tracciato fluviale Il tracciato planimetrico assunto da un corso d acqua viene definito come configurazione d alveo. In realtà non è possibile definire suddivisioni nette, ma esiste una serie di pattern di tracciati d alveo caratterizzata da variazioni progressive delle caratteristiche geometriche. Leopold et al. (1964) hanno proposto il parametro Sinuosità (P = rapporto tra lunghezza del canale e quella della valle entro cui scorre il corso d acqua) che si adatta ad esprimere queste condizioni di continuità nella variazioni morfologiche di un fiume. I corsi d acqua generalmente sono distinti in: alvei a fondo fisso (o corsi d acqua confinati): alvei incisi su un substrato poco erodibile che ne condiziona l evoluzione, pressochè privi di sedimenti ad eccezione di grossi massi. Questi fiumi generalmente possiedono correnti con capacità di trasporto esuberanti rispetto alla quantità ed alle granulometrie dei sedimenti disponibili e sono in grado di smaltire tutti i sedimenti che via via raggiungono l alveo. Sono fiumi di dimensioni relativamente modeste che si sviluppano in zone montane, su forti pendenze ed in fase di erosione più o meno accentuata. alvei a fondo mobile (o corsi d acqua liberi): quando scorrono su di una piana e possono modificare liberamente il loro percorso; i sedimenti che formano l alveo e l eventuale pianura alluvionale in cui questo è inciso possono essere soggetti a trasporto e a sedimentazione permettendo quindi una maggiore variabilità del profilo altimetrico e del tracciato planoaltimetrico. I corsi d acqua liberi a loro volta vengono suddivisi in: rettilineo, meandriforme, anastomizzato (anastomosati) e braided.

3 Trevisan (1978) propone una classificazione dei tracciati fluviali, ispirata ai fiumi che sboccano nella pianura padana, che si basa sulla morfologia del tracciato fluviale nelle diverse situazioni plano-altimetriche assunte dal fiume nel suo tragitto, tenendo conto anche del rapporto tra erosione e alluvionamento. Si tratta di un modello normale in una zona climatica temperata umida e con rilievi montuosi di età alpina. A- Solo erosione; B- Sede di erosione e sedimentazione con prevalenza dell erosione; C- Canali anastomosati (corsi fiumi friulani, appennino marchigiano e fiumare calabre e siciliane); D- Fiumi di pianura alluvionale con isole fluviali; E- Alveo A meandri; F- Foci fluviali.

4 Un criterio di classificare i fiumi è quello che distingue gli alvei fluviali tra quelli con un canale singolo e quelli multicanale. Rust (1978) definisce le forme fluviali principali attraverso un parametro di intrecciamento o braiding parameter (numero di barre o isole in un dato tratto d alveo: B > 1 = alveo multicanale; B < 1 = alveo a canale singolo) combinato con la sinuosità (P = rapporto tra lunghezza del canale e quella della valle entro cui scorre il corso d acqua). Schumm (1977) ha proposto invece una classificazione basata sulle modalità di trasporto dei sedimenti distinguendo i fiumi in: Bed-load (trasporto al fondo prevalente) tipico per fiumi braided; Mixed-load (trasporto misto al fondo ed in sospensione) tipico dei fiumi a meandri; Suspended-load (trasporto in sospensione prevalente) tipico dei fiumi anastomizzati.

5 Rosgen (1994) riconosce 41 tipi di canali sulla base del substrato con cui è costituito il fondo alveo (roccia, massi, ghiaia, sabbia, silt-argille) combinato con diversi parametri quali il Rapporto di incisione (larghezza dell alveo di piena/larghezza del canale di alveo pieno), la Sinuosità (lunghezza del canale/lunghezza della valle), il Coefficiente di forma (larghezza/profondità) e la Pendenza (pendenza della superficie libera dell acqua), che permettono di individuare otto categorie fondamentali.

6 Classificazione schematica delle principali morfologie di alveo in base ai principali fattori che le determinano (Billi, 1988).

7 I tracciati rettilinei e meandriformi vengono distinti sulla base del parametro P (= Sinuosità) che è dato dal rapporto tra lunghezza del canale (L c ) e quella della valle (L v ) entro cui scorre il corso d acqua. Nel caso di canali rettilinei P 1. Attualmente si è propensi a considerare il limite tra alveo rettilineo ed alveo meandriforme quando P = 1,5. Aumentando le portate in un alveo meandriforme, questo tende a modificare il tracciato verso un modello di tipo braided mentre se diminuiscono le portate il pattern tende a modificarsi da braided a meandriforme. La transizione tra corsi d acqua propriamente meandriformi e corsi d acqua tipicamente braided è caratterizzata da fiumi con pochi canali che divagano facilmente pur mantenendo un tracciato spesso curvilineo. Nella terminologia anglosassone questa morfologia d alveo viene definita wandering (a bassa sinuosità).

8 I corsi d acqua di tipo braided (a canali intreccitati) presentano tra i diversi rami isole e barre; il loro grado di intrecciamento può essere espresso dalla percentuale della lunghezza del canale che è diviso in una o più isole o barre. I tracciati anastomizzati invece sono quelli in cui il canale è diviso da isole che presentano, durante gli stadi di portata al colmo, una larghezza tre volte maggiore di quella delle superfici occupate dall acqua; in pratica questi sono costituiti da due o più canali meandriformi interconnessi tra loro. Al contrario dei fiumi braided che hanno bisogno di pendenze e granulometria dei sedimenti elevati, i fiumi anastomizzati si sviluppano generalmente in aree a bassa pendenza, subsidenti e prossime al livello di base. a- tracciato braided; b- tracciato anastomizzato (o anastomosato). Il rigato indica le aree stabili

9 MORFOLOGIE FLUVIALI: I Canali rettilinei I canali rettilinei sono generalmente rari in natura: generalmente non si riscontrano tratti rettilinei più lunghi di 10 volte la larghezza. Il filone principale della corrente segue un percorso sinuoso spostandosi da una sponda all altra, anche per la presenza di riffle e pool). La tendenza del flusso ad assumere un andamento sinuoso è indice della situazione più stabile ed in equilibrio con la realtà fisica in cui si manifesta. Notevole importanza in questo contesto assumono le correnti secondarie, legate alla scabrezza del fondo e delle pareti del canale ed alle differenze di densità dovute a variazioni di temperatura o di concentrazione dei sedimenti in sospensione.

10 MORFOLOGIE FLUVIALI: I Fiumi braided (o a canali intrecciati) Piane alluvionali caratterizzate dallo sviluppo di canali a media o alta sinuosità. Si differenziano dalle piane a canali anastomosati per la frequente tracimazione di sedimenti fini ed il conseguente sviluppo di ampie piane di inondazione sabbioso-fangose, con forme relativamente stabili nel tempo. I fiumi braided sono molto attivi, dotati di alta energia e capacità di trasporto per cui distruggono e ricostruiscono continuamente le loro strutture sedimentarie. La formazione dei fiumi braided è favorita da: 1- alta energia con forti pendenze del fondovalle, 2- portate ampie e variabili, grandi alimentazione e disponibilità di sedimenti, 3- prevalenza di trasporto sul fondo e sponde non coesive.

11 In sezione trasversale i canali sono molto larghi e poco profondi (il rapporto larghezza/profondità è generalmente superiore a 40 con valori fino a 300 ed oltre) per cui si sviluppa una circolazione secondaria che favorisce la formazione delle barre. La formazione di una barra inizia con l erosione laterale delle sponde del canale che porta ad una maggiore larghezza del canale tale da causare la locale diminuzione della capacità di trasporto della corrente con conseguente accumulo di sedimenti al centro del canale. I fiumi braided sono caratterizzati da ampi e frequenti spostamenti sia delle barre che dei canali con conseguente loro abbandono: in tempi lunghi possono portare a sostanziali modificazioni dell alveo e soprattutto a delle migrazioni laterali considerevoli.

12 I fiumi braided sono molto comuni e si sviluppano in differenti ambienti. Aree periglaciali: ampie pianure alluvionali ghiaiose dette anche sandur; Ambienti aridi e semi-aridi: larghi fiumi braided sabbiosi; Ambienti umidi: pianure alluvionali ghiaiose con alte pendenze del fondo).

13 MORFOLOGIE FLUVIALI: Wandering river (o fiumi a bassa sinuosità) I fiumi wandering (in italiano fiumi divaganti ma si preferisce indicarli come fiumi a bassa sinuosità) sono fiumi a bassa-media sinuosità (P ~ 1, 5) che vengono considerati come una configurazione intermedia tra i braided e i meandriformi. Questi fiumi sono costituiti tipicamente da barre laterali alternate che sovente presentano una forma a semilosanga più o meno allungata e da un unico canale attivo; oltre a questo può essere presente un secondo canale, generalmente aderente ad una delle sponde, di dimensioni variabili fino ad un massimo pari alle dimensioni del canale principale. Prerogativa dei wandering river è quella di divenire fiumi rettilinei con piene anche non eccessivamente consistenti purché la profondità dell acqua sia tale da ricoprire anche non completamente le barre. Le sponde di questi fiumi, infatti, hanno un andamento generale parallelo e pressoché rettilineo. Durante le fasi di magra il fiume riacquista il suo andamento sinuoso, scorrendo tra le barre alternate.

14 Alcuni autori considerano i fiumi wandering come una configurazione instabile che tende facilmente ad evolvere in quella meandriforme o in quella braided. Questi fiumi sarebbero quindi caratterizzati da un assetto in equilibrio precario; la loro relativa frequenza nell'appennino può essere infatti giustificata dall'evoluzione tettonica e quindi morfologica ancora in atto. Rappresentazione schematica dell evoluzione e della migrazione di un canale a bassa sinuosità (wandering): a- stadio iniziale; b- stadio finale.

15 MORFOLOGIE FLUVIALI: I Fiumi meandriformi I fiumi meandriformi sono quelli più studiati per le molteplici interazione con l attività umana. Nonostante le numerose ricerche e studi effettuati sui fiumi a meandri, ancora non si è riusciti a dare una risposta esauriente alla domanda: come e perché si forma un meandro? Teoricamente qualsiasi accidente naturale (erosione accelerata su una sponda, presenza di un qualsiasi tipo di ostacolo, variazioni della profondità dell alveo, ecc.) potrebbero essere in grado di alterare il corso di un canale rettilineo e causare la formazione casuale di meandri con forme assai variabili. I fiumi naturali mostrano invece meandri simmetrici e simili tra di loro e tra fiumi con dimensioni e caratteristiche fisiografiche diverse.

16 Origine dei meandri secondo Hamblin, a) Perturbazione trasversale del flusso da parte di irregolarità locali sul fondo o sulle rive, deviazione verso la riva opposta e inizio dell'erosione; b) Accentuazione della sinuosità: erosione e forza centrifuga si rinforzano a vicenda; deposito sul lato convesso (barra di meandro); c) Meandri si allargano e migrano sia parallelamente sia trasversalmente al pendio della valle.

17 Requisito fondamentale per l inizio di formazione di un meandro, indipendentemente dalle cause che l hanno provocata, è l oscillazione trasversale del flusso.

18 Meandri incassati del fiume Colorado Meandri liberi del Fiume Po.

19 MORFOLOGIE FLUVIALI: I Fiumi Anastomizzati I fiumi anastomizzati sono costituiti da due o più canali stabili dove ogni singolo canale presenta sinuosità variabile tale da essere assimilati a canali meandriformi interconnessi tra loro: infatti anche essi sono caratterizzati da barre di meandro e da una evoluzione dinamica assai simile a quella dei fiumi a meandri (taglio di meandro, migrazione, ecc.). Questa morfologia sembra sia caratteristica di situazioni di bassa variabilità delle portate, basso trasporto solido in sospensione e quasi totale assenza di trasporto solido sul fondo. I fiumi anastomizzati solitamente vengono trattati come i fiumi a meandri. Le piane alluvionali a canali anastomizzati presentano una morfologia data da un reticolo di canali intrecciati scarsamente sinuosi, a fondo piatto e poco profondo, separati da barre longitudinali che passano sottocorrente a barre trasversali.

20 I fiumi anastomizzati sono piuttosto rari in natura essenzialmente perché necessitano una numerosa serie di situazioni concomitanti difficilmente verificabili. Studi effettuati evidenziano che questi si formino in aree dover esistono condizioni di rapida subsidenza, ma dove la pendenza degrada verso un livello di base stabile pur rimanendo bassa. La stabilità dei canali è favorita anche dalla vegetazione sulle sponde. Le caratteristiche di basso gradiente e scarso eccesso di energia hanno come effetto una abbondante sedimentazione nei canali e una deposizione (di tipo lacustre) nelle aree comprese tra i canali, che si possono allagare durante gli eventi di piena eccezionali.

21 IL TRASPORTO FLUVIALE Il Diagramma di Hjulstrom's Trasporto sul fondo Trasporto in sospensione

22 STRUTTURE, TESSITURE E RELATIVE FORME DI FONDO nei depositi fluviali

23 - Elementi caratteristici: bankfull, floodplain, forme fluviali - Portata dominante o formativa - Equilibrio & scale di tempo - Classificazione in base allo stato di stabilità (status stability)

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25 FORME FLUVIALI: Le sequenze di riffles and pools La linea di talweg di quasi tutti i tipi di alveo fluviale mobile è caratterizzata oltre che da una sinuosità planimetrica anche da una sinuosità altimetrica: lungo il canale vi è infatti una serie di dossi (riffles) e cunette (pools) che formano anche tratti in contropendenza. La distanza tra un riffle ed il successivo (vale anche per il pool ed il successivo) in genere è funzione della larghezza del canale e varia da 4 a 6 volte la larghezza del canale stesso. I riffles sono in genere caratterizzati da granulometrie più grossolane mentre i pools da fusi granulometrici a più ampio spettro verso i sedimenti fini, sebbene con alte portate si produca un fondo grossolano (lag) che viene successivamente ricoperto di materiali fini durante i periodi di bassa portata.

26 I blocchi producono l ulteriore deposizione di materiale di pezzatura più fine embricato; inoltre i vari gradini sostengono a monte una pozza d acqua ferma (backwater pool) mentre a valle una pozza prodotta dal salto dell acqua stessa (plunge pool). Le vasche tra un gradino e l altro funzionano da trappole per i sedimenti che così si caratterizza per alternanze di granulometrie fortemente contrastate lungo il profilo. Nei corsi d acqua delle aree montane tali forme di fondo sono influenzate anche dalle dimensioni dei clasti presenti nell alveo. In alcuni casi può verificarsi che alcuni clasti abbiano dimensioni paragonabili alla larghezza del canale stesso. Nel caso infatti siano presenti massi, che per le loro dimensioni subiscono solo eccezionalmente il trasporto, i canali sviluppano un caratteristico profilo a scalinata (step and pool).

27 FORME FLUVIALI: I Meandri Quando il fiume percorre regioni con pendenza inferiore al 2% tende a divagare, a formare delle sinuosità che aumentano via via la loro curvatura, allontanandosi dalla linea di deflusso formando un meandro.

28 FORME FLUVIALI: Le Barre Le barre sono corpi sedimentari mobili di un alveo fluviale; tuttavia tali corpi possono esistere anche in alvei fluviali fissi, ovvero costretti a mantenersi in una sede rigida costituita da roccia massiva e da opere artificiali resistenti. La presenza di barre è sempre correlata al trasporto solido di fondo e aumenta all aumentare di questo ed all aumentare della variabilità della portata. I principali tipi di barre sono: le barre laterali (Side bar), le barre di meandro (Point bar), le barre di flesso (Cross-over bar), le barre longitudinali (Longitudinal bar) e le barre di braided (braid bar). Le barre longitudinali sono generalmente alternate in sponda dx ed in sponda sx in alvei rettilinei o a bassa sinuosità. Quando invece la sinuosità dell alveo cresce si formano le barre di meandro nella parte interna della curva. Al crescere del trasporto di fondo, tali barre si associano alle barre di flesso. Se il trasporto solido di fondo si accresce ulteriormente iniziano a presentarsi le barre longitudinali non collegate alla sponda del canale. Tali barre determinano la presenza di alvei multicanale. Al crescere del trasporto solido le barre longitudinali aumentano di numero e di superficie, l alveo tende a diminuire la sinuosità mentre aumenta la sinuosità del o dei canali e la loro mobilità. Si viene così a creare un vero e proprio alveo intrecciato via via con un maggior numero di canali. Cross-over bar Point bars

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33 I TERRAZZI FLUVIALI

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35 Esempi di depositi alluvionali

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37 Litofacies sabbiosa intercalata nelle ghiaie (sabbie a laminazione incrociata e piano parallela)

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