Contributions to long-term morphodynamic modelling of estuaries, lagoons, and littoral zones

In the present thesis I will resume the formulation and some applications of a two-dimensional mathematical model for the long-term representation of the morphodynamic processes which take place in tidal environments. I will refer to non-cohesive sediments, eventually with non uniform grain size. In the conceptualization presented here the large-scale morphodynamic problem is described based on the concepts of Transport Concentration and Intertidal Dispersion, directly resulting from an appropriate time averaging operation and from an empirical approach to the uncertainties of the problem. The results of the research activity will be presented in four chapters, each one is meant to enclose completely a conceptual unit of the work performed; these units are preceded by a general outline in which various aspects of the problem are synthesized and contextualised. First the theoretical fundamentals of the model and its multigranular extension will be presented, highlighting the role of the main exogenous forcing factors (tidal range, wind, subsidence and sea level rise) in defining morphology and grain size distribution of tidal environments. Then two applications of the model will be illustrated: the first one studies the impact of different anthropic interventions on a tidal lagoon, the second one aims to quantify the morphodynamic effect of the nodal perturbation of the tidal amplitude. The thesis is concluded by some considerations on the validity limitations of the model as currently formulated and with some proposals aimed to extending its applicability to complex systems in which the fluvial, estuarine and coastal environment mutually interact at the historical and geological temporal and spatial scales.

Nel presente lavoro si espongono la formulazione ed alcune applicazioni di un modello matematico bidimensionale per la rappresentazione a lungo termine dei processi morfodinamici che interessano un ambiente a marea, in presenza di sedimenti non coesivi eventualmente a granulometria non uniforme. Nella concettualizzazione qui presentata il problema morfodinamico a grande scala spaziale viene descritto sulla base dei concetti di Concentrazione di Trasporto e Dispersione Intermareale, derivanti direttamente da una opportuna operazione di media temporale e da un approccio empirico alla gestione delle incertezze del problema. I risultati dell'attività di ricerca saranno presentati in quattro capitoli, ciascuno dei quali è inteso a racchiudere compiutamente un nucleo concettuale del lavoro svolto, preceduti da un inquadramento generale in cui i vari aspetti del problema sono sintetizzati e contestualizzati. Dapprima si presenteranno i fondamenti teorici del modello e la sua estensione multigranulare, evidenziando il ruolo delle principali forzanti esogene (ampiezza di marea, vento, subsidenza e innalzamento del livello del mare) nel definire morfologia e granulometria degli ambienti a marea. Quindi si illustreranno due applicazioni del modello: la prima volta a studiare l'impatto esercitato da vari interventi antropici su una laguna a marea, la seconda finalizzata a quantificare l'effetto morfodinamico della perturbazione nodale dell'ampiezza di marea. La trattazione si conclude con alcune considerazioni sui limiti di validità del modello così come formulato allo stato attuale, e con alcune proposte volte ad estenderne l'applicabilità a sistemi complessi, nei quali gli ambienti fluviale, estuarino e costiero interagiscono mutuamente alle scale spaziali e temporali che sono proprie dei processi storici e geologici.