Morfologie,
forme fluviali e
depositi alluvionali
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.
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.
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.
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.
Classificazione
schematica
delle principali
morfologie di
alveo in base ai
principali
fattori che le
determinano
(Billi, 1988).
I tracciati rettilinei e meandriformi vengono distinti sulla base del parametro P (=
Sinuosità) che è dato dal rapporto tra lunghezza del canale (Lc) e quella della valle (Lv)
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).
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
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
Origine dei meandri
secondo Hamblin, 1975.
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.
Requisito fondamentale per
l’inizio di formazione di un
meandro, indipendentemente
dalle cause che l’hanno
provocata, è l’oscillazione
trasversale del flusso.
Meandri liberi del Fiume Po.
Meandri incassati del
fiume Colorado
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.
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.
IL TRASPORTO FLUVIALE – Il Diagramma di Hjulstrom's
Trasporto sul fondo
Trasporto in sospensione
STRUTTURE, TESSITURE E RELATIVE FORME DI FONDO nei depositi fluviali
- Elementi caratteristici: bankfull, floodplain, forme fluviali
- Portata dominante o formativa
- Equilibrio & scale di tempo
- Classificazione in base allo stato di stabilità (status stability)
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.
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).
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.
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.
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
I TERRAZZI FLUVIALI
Esempi di depositi alluvionali
Litofacies sabbiosa intercalata nelle ghiaie (sabbie
a laminazione incrociata e piano parallela)