Floodplains, and rivers therein, constitute complex systems whose simulation involves modelling of hydrodynamic, morphodynamic, chemical, and biological processes which act, affecting each other, over a wide range of time scales (from days to centuries). Floodplain morphology and stratigraphy are shaped by the interplay of water flow, erosion, and deposition consequent to repeated flood events, as the river dissecting the floodplain evolves through feedbacks between bars, channels, vegetation and sediment characteristics shaping the floodplain itself. The first topic of this thesis concerns the mutual interactions that leads to self-formed floodplains, produced by the sedimentary processes associated with the migration of river bends and the formation of abandoned oxbow lakes consequent to the cutoff of mature meanders. The second topic addresses the presence of internal boundary conditions able to affect the main flow field and thus the curvature-driven flow that drives bend migration. Point bar deposits and oxbow lakes are the products of lateral bend migration and meander cutoffs. The sediment deposits characterizing these geomorphic units link together the long term evolution of an alluvial river and the surrounding floodplain, altering the soil composition and, hence, bank strength controlling the rate of channel meandering. On the other hand, a localized forcing internal to the main flow field (e.g., a variation in bed slope or in flow discharge) propagates either upstream or downstream, affecting the river dynamics. Multivariate statistical and spectral tools may disclose the complexity of the resulting planform geometries, either simulated or natural, ensuring an objective comparison.

Le piane alluvionali e i relativi fiumi costituiscono complessi sistemi dinamici la cui simulazione numerica richiede la modellazione di processi idrodinamici, morfodinamici, chimici e biologici agenti mutuamente su varie scale temporali (dai giorni ai secoli). La morfologia e la stratigrafia della piana alluvionale sono determinate dalla mutua interazione tra flussi idrici, erosione e deposito di sedimenti dovuti a ripetuti eventi di piena. Barre alluvionali, canali abbandonati, caratteristiche dei sedimenti e della vegetazione giocano un ruolo chiave nella storia migratoria del fiume che scorre sulla superficie alluvionale. Il primo argomento di questa tesi riguarda l'interazione mutua tra fiume e piana alluvionale, prodotta dai processi sedimentologici che modificano la struttura della superficie alluvionale influendo sulla migrazione del fiume e, allo stesso tempo, sono determinati dai processi legati dalla migrazione stessa. Tali processi consistono in progressivi depositi nella parte interna delle curve (point bars) fino ai cutoffs che portano alla formazione di anse abbandonate, contribuendo ad alterare la resistenza all'erosione del suolo da parte del fiume stesso. Il secondo argomento riguarda la presenza di condizioni al contorno interne che sono in grado di influire sulle caratteristiche del campo di moto, il quale è legato alla distribuzione della curvatura planimetrica dei meandri. La presenza di una singolarità (e.g., variazione di portata dovuta alla confluenza con un affluente) genera perturbazioni al campo di moto che si propagano verso monte e verso valle, influendo sulla dinamica a breve e a lungo termine del fiume. Metodi statistici spettrali e multivariati permettono di analizzare e confrontare oggettivamente le geometrie dei meandri fluviali, sia naturali che generati numericamente.

Long-term evolution of meandering rivers flowing above heterogeneous floodplains / Bogoni, Manuel. - (2017 Jan 31).

Long-term evolution of meandering rivers flowing above heterogeneous floodplains

Bogoni, Manuel
2017

Abstract

Le piane alluvionali e i relativi fiumi costituiscono complessi sistemi dinamici la cui simulazione numerica richiede la modellazione di processi idrodinamici, morfodinamici, chimici e biologici agenti mutuamente su varie scale temporali (dai giorni ai secoli). La morfologia e la stratigrafia della piana alluvionale sono determinate dalla mutua interazione tra flussi idrici, erosione e deposito di sedimenti dovuti a ripetuti eventi di piena. Barre alluvionali, canali abbandonati, caratteristiche dei sedimenti e della vegetazione giocano un ruolo chiave nella storia migratoria del fiume che scorre sulla superficie alluvionale. Il primo argomento di questa tesi riguarda l'interazione mutua tra fiume e piana alluvionale, prodotta dai processi sedimentologici che modificano la struttura della superficie alluvionale influendo sulla migrazione del fiume e, allo stesso tempo, sono determinati dai processi legati dalla migrazione stessa. Tali processi consistono in progressivi depositi nella parte interna delle curve (point bars) fino ai cutoffs che portano alla formazione di anse abbandonate, contribuendo ad alterare la resistenza all'erosione del suolo da parte del fiume stesso. Il secondo argomento riguarda la presenza di condizioni al contorno interne che sono in grado di influire sulle caratteristiche del campo di moto, il quale è legato alla distribuzione della curvatura planimetrica dei meandri. La presenza di una singolarità (e.g., variazione di portata dovuta alla confluenza con un affluente) genera perturbazioni al campo di moto che si propagano verso monte e verso valle, influendo sulla dinamica a breve e a lungo termine del fiume. Metodi statistici spettrali e multivariati permettono di analizzare e confrontare oggettivamente le geometrie dei meandri fluviali, sia naturali che generati numericamente.
31-gen-2017
Floodplains, and rivers therein, constitute complex systems whose simulation involves modelling of hydrodynamic, morphodynamic, chemical, and biological processes which act, affecting each other, over a wide range of time scales (from days to centuries). Floodplain morphology and stratigraphy are shaped by the interplay of water flow, erosion, and deposition consequent to repeated flood events, as the river dissecting the floodplain evolves through feedbacks between bars, channels, vegetation and sediment characteristics shaping the floodplain itself. The first topic of this thesis concerns the mutual interactions that leads to self-formed floodplains, produced by the sedimentary processes associated with the migration of river bends and the formation of abandoned oxbow lakes consequent to the cutoff of mature meanders. The second topic addresses the presence of internal boundary conditions able to affect the main flow field and thus the curvature-driven flow that drives bend migration. Point bar deposits and oxbow lakes are the products of lateral bend migration and meander cutoffs. The sediment deposits characterizing these geomorphic units link together the long term evolution of an alluvial river and the surrounding floodplain, altering the soil composition and, hence, bank strength controlling the rate of channel meandering. On the other hand, a localized forcing internal to the main flow field (e.g., a variation in bed slope or in flow discharge) propagates either upstream or downstream, affecting the river dynamics. Multivariate statistical and spectral tools may disclose the complexity of the resulting planform geometries, either simulated or natural, ensuring an objective comparison.
morfodinamica fluviale, fiumi meandriformi, simulazioni numeriche river morphodynamics, meander evolution, numerical simulations
Long-term evolution of meandering rivers flowing above heterogeneous floodplains / Bogoni, Manuel. - (2017 Jan 31).
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