Richiamo al ciclo dell'acqua e alla trasformazione afflussi-deflussi

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1 Richiamo al ciclo dell'acqua e alla trasformazione afflussi-deflussi Definizione provvisoria di bacino idrografico (il luogo che raccoglie le precipitazioni e le trasforma in deflussi superficiali e sotterranei) Rete idrografica Influenza delle caratteristiche del bacino sulla trasformazione afflussi-deflussi. Erosione, trasporto e deposito di materiale solido. Parte del ciclo dell'acqua costituita da scorrimento. Scorrimento superficiale e sotterraneo Velocità di scorrimento superficiale cm s -1 ( km a -1 ). Velocità di scorrimento sotterraneo: cm s -1 (0,3-300 cm a -1 ) per le argille, cm s -1 ( km a -1 ) per le sabbie. Tempo di residenza medio: per alcuni bacini della Georgia (USA) anni. Scorrimento ipodermico Suggerito da tempi di risposta brevi in assenza di scorrimento superficiale. Diverse definizioni della nozione di bacino idrografico Bacino idrografico superficiale (o bacino idrografico, o bacino imbrifero): sezione di chiusura, perimetro; bacini chiusi; bacini naturali e artificiali. Bacino idrografico sotterraneo (o bacino idrogeologico): perimetro; depositi di acqua connata. Mancanza di coincidenza tra i due bacini. Bacino idrografico come volume di controllo: con base sulla superficie del suolo e contorno passante per lo spartiacque superficiale; con base sullo strato impermeabile e contorno passante per lo spartiacque sotterraneo; con base sullo strato impermeabile e contorno qualsiasi. Caratteristiche di un bacino idrografico Caratteristiche morfometriche, delle rocce, della vegetazione. Caratteristiche morfometriche (o topografiche): dimensioni planimetriche, forma, rilievo, 1

2 pendenze, organizzazione del reticolo idrografico, tempi di percorrenza. Influenzano scorrimento superficiale, produzione, trasporto e deposito di sedimento. Caratteristiche delle rocce: resistenza agli agenti atmosferici, permeabilità. Influenzano scorrimento sotterraneo, produzione, trasporto e deposito di sedimento. Caratteristiche della vegetazione: diversi tipi di uso del suolo. Influenzano scorrimento superficiale, erosione, perdite. Caratteristiche morfometriche Dimensioni planimetriche: area A, perimetro P, lunghezza dell'asta principale L. Forma (fattori di forma o coefficienti di forma) (trasparente): rapporto di circolarità (rapporto tra aree), coefficiente di uniformità (rapporto tra lunghezze), fattore di forma (rapporto tra aree), rapporto di allungamento (rapporto tra lunghezze). Rilievo: curva ipsografica (figura), altezza media, altezza mediana, rilievo del bacino z max. Pendenza: metodo di Alvard-Horton (figura), metodo del reticolo (figura), i max, rapporto di rilievo R r, pendenza media dell'asta principale (figura). Organizzazione del reticolo fluviale descrizione gerarchica di Strahler (figura), tronco (link), ordine dei tronchi, corso d'acqua o asta fluviale (stream), ordine del bacino, esempio bacini Toscana (7-8 ordine con rilievo 1:13 000), numero delle aste di primo ordine N1. Frequenza delle aste di primo ordine F1, densità di drenaggio (circa 1 km/km 2 in zone umide) D, distanza media tra i corsi d'acqua Dm. Leggi di Horton (trasparente) legge dei numeri dei corsi d'acqua: R B (rapporto di biforcazione) = 3-5; legge delle lunghezze dei corsi d'acqua (L media): 2

3 R L = 1,5-3,5; legge delle aree (A media) (Schumm): R A = 3-6. Superficie totale aree lacuali. Volume totale invasi artificiali. Tempo di corrivazione Definizione del tempo di corrivazione di un punto. Tempo di corrivazione del bacino. Formula di Giandotti (trasparente). Formula di Kirpich (SCS) (trasparente). Stime attraverso la velocità dell'acqua. Linee isocorrive. Curva tempi-aree del bacino (figura). Tracciamento delle linee isocorrive: variabile sostitutiva. Metodo di Viparelli (isoipse), metodo della distanza in linea retta, metodo della distanza lungo i corsi d'acqua. Caratteristiche delle rocce Distinzione tra rocce compatte e rocce sciolte. Distinzione tra rocce permeabili e impermeabili. Percentuale delle aree impermeabili. Percentuale delle aree coperte da ghiacciai. Caratteristiche della copertura vegetale Distinzione in base all'uso del suolo: foreste decidue, foreste di conifere, brughiere, pascoli, terreni agricoli, aree residenziali. 3

4 spartiacque superficiale sezione di chiusura Esempio di bacino idrografico superficiale spartiacque superficiale Esempio di bacino idrografico chiuso comprendente un lago

5 superficie del suolo spartiacque superficiale strati permeabili spartiacque sotterraneo superficie impermeabile Spartiacque superficiale e spartiacque sotterraneo

6 bacino superficie del suolo superficie impermeabile Il bacino come volume poggiante sulla superficie del suolo (definito facendo riferimento allo spartiacque superficiale)

7 strati permeabili superficie del suolo superficie impermeabile Il bacino idrografico schematizzato come volume poggiante sulla superficie impermeabile (definito facendo riferimento allo spartiacque superficiale)

8 strati permeabili superficie del suolo superficie impermeabile Il bacino idrografico schematizzato come volume poggiante sulla superficie impermeabile (definito facendo riferimento allo spartiacque sotterraneo)

9 Parametri esprimenti la forma del bacino idrografico Rapporto di circolarità Il rapporto di circolarità Rc è il rapporto tra l'area A del bacino e l'area del cerchio di uguale perimetro P R c = 4πA P 2 = 12,6 A P 2

10 z max A b area del bacino z max quota massima del bacino z z - z A b /2 A A b Esempio di curva ipsografica di un bacino (z quota, A area totale delle porzioni di bacino con quota superiore a z)

11 d i B D A l i C Calcolo della pendenza media di un bacino con il metodo di Alvard-Horton

12 d i Calcolo della pendenza media di un bacino con il metodo del reticolo

13 retta di compenso z (quota del fondo) pendenza l (distanza dalla sorgente) Calcolo della pendenza media dell'asta principale di un bacino

14 Esempio di descrizione (secondo Strahler) del reticolo fluviale di un bacino con tronchi di 1, 2 e 3 ordine

15 Leggi di Horton Prima legge (legge dei numeri dei corsi d'acqua): N ω N ω + 1 = R B Il rapporto di biforcazione R B è all'incirca costante per un certo bacino, al variare dell'ordine ω. A seconda del bacino, il valore di R B va da 3 a 5. Seconda legge (legge delle lunghezze dei corsi d'acqua): - L ω - L ω - 1 = R L Il rapporto delle lunghezze dei corsi d'acqua R L è all'incirca costante per un certo bacino, al variare dell'ordine ω. A seconda del bacino, il valore di R L va da 1,5 a 3,5. Terza legge (legge delle aree): - A ω - A ω - 1 = R A Il rapporto delle aree dei bacini R A è all'incirca costante per un certo bacino, al variare dell'ordine ω. A seconda del bacino, il valore di R A va da 3 a 6.

16 Formula di Giandotti per la stima del tempo di corrivazione del bacino t c t c = 4 A + 1,5L 0,8 z - t c tempo di corrivazione (misurato in ore) A L area del bacino (misurata in chilometri quadrati) lunghezza dell'asta principale (misurata in chilometri) z- altezza media del bacino rispetto alla sezione di chiusura (misurata in metri)

17 A b area del bacino t c tempo di corrivazione del bacino A b A (area) t (tempo di corrivazione) t c Esempio di curva tempi-aree

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