Stream Power and Geomorphic Effects of Flash Floods

Le piene improvvise (flash flood) sono fra i processi naturali più devastanti e sono responsabili di rilevanti e subitanei effetti morfologici, nonché della perdita di vite umane e di gravi danni economici. Le piene improvvise sono caratterizzate dalla forte variabilità spazio-temporale delle precipitazioni innescanti, cui consegue una forte variabilità delle portate e della potenza della corrente. Gli effetti geomorfologici delle piene improvvise dipendono sia dal controllo che l’assetto geologico esercita sulla geometria del canale e sulle caratteristiche del sedimento, sia dall’intensità della piena. Gli effetti geomorfologici delle piene improvvise si manifestano attraverso processi sia erosivi che deposizionali che determinano variazioni nell’assetto del canale rispetto alle condizioni antecedenti l’evento. La questione centrale di questa tesi è valutare perché piene improvvise di simile intensità producano talvolta effetti morfologici nettamente differenti. L’uso dei valori istantanei massimi di variabili di tipo idraulico, quali la portata, la velocità, lo sforzo tangenziale e la potenza della corrente, si è spesso rivelato non conclusivo nel quantificare i cambiamenti morfologici. Questa tesi mira a studiare come fattori quali la geometria del canale, il substrato, l’intensità e la durata dell’evento possano interagire e influenzare l’azione morfologia delle piene improvvise. Un’analisi combinata, basata rilievi post-evento e sulla modellazione idrologica, ha consentito di caratterizzare sette importanti eventi di piena improvvisa verificatisi fra il 2007 e il 2014 in diverse regioni dell’Europa centrale e meridionale. Nei bacini mediterranei gli elevati valori delle portate di picco, uniti alla durata relativamente lunga degli eventi, hanno determinato le condizioni favorevoli a significativi impatti geomorfologici. I valori della potenza della corrente sono generalmente coerenti con i cambiamenti morfologici osservati. Inoltre, i canali in roccia mostrano i valori di dispendio energetico più elevati ma senza erosioni apprezzabili, mente ingenti fenomeni di erosione sono stati osservati in canali alluvionali. Gli andamenti dei processi geomorfologici nei canali semi alluvionali richiedono il riconoscimento di situazioni locali che aumentano la resistenza del letto del canale e delle sponde all’erosione, o di condizioni specifiche di un particolare evento. Piene di breve durata causano talvolta abbondante trasporto solido, peraltro non associato a significativi allargamenti del canale nella maggior parte degli alvei semi-alluvionali. Otto corsi d’acqua, individuati fra quelli maggiormente interessati da tre delle piene studiate sono stati scelti per ulteriori analisi e per la modellazione della variazione longitudinale dei valori della potenza della corrente. Funzioni di potenza interpretano adeguatamente l’aumento verso valle delle portate di picco, mentre funzioni quadratiche si sono dimostrate più soddisfacenti delle relazioni esponenziali comunemente utilizzate per rappresentare la variazione longitudinale della pendenza dell’alveo. Le prestazioni dei modelli empirici per la variazione longitudinale della potenza della corrente per unità di larghezza dell’alveo (unit stream power) evidenziano il fondamentale controllo esercitato dalla pendenza dell’alveo. La disponibilità di immagini satellitari ad elevata risoluzione riprese prima e dopo gli eventi oggetto di studio ha permesso di valutare le modifiche del canale lungo sette di questi canali. Analisi statistiche hanno indicato che le sole variabili idrauliche non sono sufficienti per interpretare il tasso di allargamento del canale, che è principalmente influenzato dal grado di confinamento del canale stesso. Insieme al confinamento laterale, la potenza della corrente per unità di larghezza dell’alveo appare un valido predittore dell’allargamento in alvei ad elevata pendenza, mentre l’energia complessiva della corrente calcolata per l’intero evento fornisce prestazioni migliori nell’interpretare la variabilità dell’allargamento dell’alveo in canali a pendenza moderata. L'uso di differenti soglie di resistenza all’erosione per quantificare i cambiamenti geomorfologici degli alvei supporta la conclusione che la determinazione di tali cambiamenti è molto più difficile della determinazione delle variabili idrauliche coinvolte.