MORFODINAMICA FLUVIALE
Meandri “siberiani”
Waimakariri, NZ
MORFODINAMICA FLUVIALE
FORMA DELLA SEZIONE
quanto è “largo” un fiume ?
di quanto spazio ha bisogno un fiume ?
che struttura ha il campo di moto ?
Drau River, Austria
TAGLIAMENTO vs ADIGE
Verona
Cornino
Forgaria
Trento
Ponte di Pinzano
~ 4m
~ 100m
~ 1000m
~ 10m
EFFETTI IDRODINAMICI
COSA SUCCEDE AL PASSAGGIO DI UNA PIENA?
3.5
Adige
4.5
4
velocità media [m/s]
profondità media [m]
5
Tagliamento
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
Adige
3
Tagliamento
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0
200
400
600
800
1000
portata [m³/s]
1200
portata [m³/s]
larghezza [m]
1000
900
Adige
800
Tagliamento
Velocità corrente ↑
700
600
Celerità onda di piena ↑
500
400
300
Picco dell’onda di piena
200
100
0
0
200
400
600
800
1000
1200
portata [m³/s]
1400
↑
1400
LA STRUTTURA DEL CAMPO DI MOTO
U=f(Y)
Y
CONFIGURAZIONE ALTIMETRICA
quali forme di fondo si sviluppano ?
quali effetti di “scavo” e “deposito” producono ?
che struttura ha il campo di moto ?
BARRE FLUVIALI
Naka river, JPN
Toyotte pass, USA
Val Passiria
Congo river
BARRE FLUVIALI
Barre “forzate”
- Sviluppo forzato:
curvatura,confluenze, manufatti
- Forme “stazionarie”
Barre “libere”
- Sviluppo spontaneo
(instabilità)
- Forme “migranti”
BARRE ALTERNATE
• Si formano spontaneamente in alvei “rettilinei”
• Velocità di migrazione (m/d) << velocità della corrente
• Problemi pratici: erosione localizzata, interazione con
manufatti, navigazione
• Secondo la ”bar theory” sono la “causa” dei meandri
L
• Sequenza longitudinale di zone di deposito e scavo alternate
• Lunghezza L  (5-15) larghezza Bo
• Massimo scavo  profondità
• Effetti topografici sul campo di moto
BARRE ALTERNATE
Lunghezza d’onda
Ampiezza
6
ampiezza / profondità
lunghezza d'onda / larghezza
30
25
20
5
4
15
3
10
2
5
1
0
0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
parametro di Shields
0,5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
rapporto di larghezza
45
BARRE ALTERNATE
Configurazione di equilibrio
Bed elevation [m]
0.4125 -- 0.6000
0.2250 -- 0.4125
0.0375 -- 0.2250
-0.1500 -- 0.0375
-0.3375 -- -0.1500
-0.5250 -- -0.3375
-0.7125 -- -0.5250
-0.9000 -- -0.7125
Flow
INTERAZIONE MORFOLOGIA –
FLUSSO IPORREICO
…il fiume non è solo ciò che si vede…
MORFOLOGIA – FLUSSO IPORREICO
le forme di fondo influenzano gli
scambi con la zona iporreica
Valutazione del tempo
di ritenzione degli
inquinanti (N, P, …)
CONFIGURAZIONE PLANIMETRICA
quale forma si sviluppa (mono-pluricursale) ?
come evolve nel tempo ?
che struttura ha il campo di moto ?
Alatna river, Alaska
Nepal
FORME PLANIMETRICHE: meandri e braiding
Tagliamento River, Italy
Fly river, Papua
MEANDRI
Osservazioni di campo
 curvatura
C(s) = d/ds
 numero d’onda  = 2/Lm
C(s) = R0-1 cos(s)
sine-generated curve (Leopold)
C(s) = R0-1 [cos(s)-CFcos(3s)-CSsin(3s)] (Kinoshita)
fattening
skewing
MEANDRI
Osservazioni di campo
m
R0
sinuosità
 = Lm/m
Lm
Meandri “giovani”
m  Lm  (10-15) B0
Meandri “maturi”
Lm > m
  (1-5)
MEANDRI
Osservazioni sperimentali
scavo
deposito
MOTO IN CURVA A RAGGIO COSTANTE
-Debole curvatura
 = B0/R << 1
-Moto sviluppato /s = 0
-Alveo largo  << 1
-Moto stazionario /t = 0
soluzione linearizzata – Rozovskij (1957)
 continuità

 vdz = 0
moto trasversale a media nulla (secondario)
MOTO IN CURVA A RAGGIO COSTANTE
 equazione del moto lungo “n”: moto secondario
u2
h   v 
 g   T 
R
n z  z 
Effetto
centrifugo
Inclinazione
sup. libera
Moto
secondario
La “scala” di v
U02/R  u*v/Y0
v  (Y0/R) U02/u*
MOTO IN CURVA A RAGGIO COSTANTE
Moto secondario
v = (Y0/R) U0F(z/Y0)
11
ff11
10
z/Y0
1
0.9
9
0.8
0.7
0.6
8
-3
10
0.5
-2
10
/Y
DsD/Y
0
-1
10
0.4
tensione “trasversale” al fondo
0.3
Ch=15
Ch=20
Ch=25
0.2
0.1
0
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
F
8
n= -u*2 (Y0/R) f1(Ds/Y0)
MOTO IN CURVA A RAGGIO COSTANTE

n
Deformazione trasversale del fondo
equilibrio “trasversale”: tensione (n)  gravità
MOTO IN CURVA A RAGGIO COSTANTE
 equazione del moto lungo “s”: moto primario
R
h   u 
g
  T

R  n s z  z 
u*
u
ln  z / z0 
k
u* 
giY
1  (n / R)
fondo fisso Y  Y0
fondo mobile Y = Y(n)
umax interno curva
umax esterno curva
MEANDRI
 Moto secondario  deformazione trasversale del fondo
 effetto topografico sul moto primario longitudinale
 Generazione di moto primario trasversale per effetto topografico
UY VY

0
s
n
1 UY
V  
dn
Y
s
 La variazione di curvatura lungo s provoca “sfasamento”
MEANDRI
Che cosa succede se le sponde sono
“erodibili” ?
massima erosione
massima erosione

il meandro “cresce” … e “migra”
CANALI A LARGHEZZA VARIABILE
CANALI A LARGHEZZA VARIABILE
Configurazione altimetrica di
equilibrio
Componenti principali
- deformazione del fondo
puramente longitudinale
(armonica 0)
 sezione larga: deposito
 sezione stretta: scavo
- deformazione del fondo
trasversale (armonica 1)
CANALI A LARGHEZZA VARIABILE
Moto secondario