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A cura di: STEFANO DAPPORTO 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 Anno Accademico 2014-15

Ga2015 dinamica fluviale

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Slide lezioni su dinamica fluviale

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A cura di: STEFANO DAPPORTO

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

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

bankfull stage

canale barre sponde

pianura inondabile terrazzo

Forme fluviali in alvei a fondo mobile

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.

TIPI DI BARRE

FORME FLUVIALI

FORME FLUVIALI

Barre laterali

FORME FLUVIALI

FORME FLUVIALI

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

•  Rettilinei (straight)

•  A canali intrecciati (braided)

•  Meandriformi (meandering)

In base alle caratteristiche planimetriche:

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 FATTORI ANTROPICI

INTERVENTI IN ALVEO

INTERVENTI A SCALA DI BACINO

Ø Tagli di meandro Ø Restringimenti Ø Dighe Ø Estrazione di inerti

Ø Disboscamenti Ø Rimboschimenti Ø Sistemazioni idraulico- forestali

Ø Urbanizzazione

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

VARIAZIONI MORFOLOGICHE DEL FONDO

Equazione di Lane (1955)

Qs D ~ S Q

Qs S D Q

Qs

S D

Q

VARIAZIONI MORFOLOGICHE DEL FONDO

Effetti di interventi antropici

a) Taglio di meandro

b) Costruzione di una diga c) Estrazione di inerti

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

erosione al piede

LA STABILITA’ DELLA SPONDA E’ RIDOTTA DA:

infiltrazione

LA STABILITA’ DELLA SPONDA E’ AUMENTATA DA:

effetti idrologici e meccanici della vegetazione

drenaggio protezione al piede

EROSIONE FLUVIALE

EROSIONE FLUVIALE

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

τc

La corrente fluviale esercita uno sforzo di taglio τo al piede e sulla superficie della sponda

το

το τc

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

EROSIONE FLUVIALE

MOVIMENTI DI MASSA

STABILITA’ DI UNA SPONDA FLUVIALE

FORZE RESISTENTI FORZE DESTABILIZZANTI

F =

FORZE RESISTENTI FORZE DESTABILIZZANTI

FATTORE DI SICUREZZA:

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

PRESSIONEDELL'ACQUA

PRESSIONIINTERSTIZIALI

PESO DELLA MASSA(INCLUSA ACQUA)

PRESSIONEDELL'ACQUA

PRESSIONIINTERSTIZIALI

PESO DELLA MASSA(INCLUSA ACQUA)

PICCO DI PIENA

FASE DI SVASO

MOVIMENTI DI MASSA IN SPONDE FLUVIALI

g )   C ro llo   d i  m asse   ag get tan t i   ( )ca n tilever   fa ilu re

e)   S c ivo lam en to   p lan are   o       riba lt am en to   co n   f ra t t u ra       d i   t raz ion e   ( )s lab   fa ilu re

f )   S c ivo lam en to   ro taz ion a le         ( )ro ta tion a l   fa ilu re

d )   S c ivo lam en to   p lan are         ( )p lan ar   fa ilu re

a)   S c ivo lam en to   su perf ic ia le         ( )s ha llow   s lid e

b )   C ro l lo   d i   terra         ( )s o il   fa ll

c )   S i f o n am en to         ( )p op -­‐ou t   fa ilu re

1 .   p er   riba ltam en to             ( )beam   fa il.

2 .   p er     t ag lio     ( . )shear   fa il

3 .   p er     t raz ion e           ( . )ten s ile   fa il

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

MOVIMENTI DI MASSA IN SPONDE FLUVIALI

Effetti della vegetazione sulla stabilità di un pendio

Ø  Intercettazione precipitazione (+) Ø  Aumento di permeabilità del suolo (-) Ø  Traspirazione (+)

Ø  Ancoraggio al substrato roccioso (+)

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  Sovraccarico dovuto al peso (-/+)

Ø  Trasmissione delle forze dinamiche causate dal vento (-)

Ø  Ancoraggio al substrato roccioso (+)

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  Sovraccarico dovuto al peso (-/+)

Ø  Trasmissione delle forze dinamiche causate dal vento (-)

Ø  Ancoraggio al substrato roccioso (+)

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  Sovraccarico dovuto al peso (-/+)

Ø  Trasmissione delle forze dinamiche prodotte dal vento (-)

Ø  Riduzione erosione (+)

MECCANISMI MECCANICI

MECCANISMI IDROLOGICI