Geomorphometric analysis and sediment dynamics in mountainous basins: spatial and temporal scales

Il presente lavoro è consistito nello sviluppo e nell’applicazione di metodi geomorfometrici per l’analisi della dinamica del sedimento legata a processi di trasporto solido e colate detritiche a diverse scale temporali e spaziali in ambiente alpino. L’analisi ha riguardato due aspetti principali. Nella prima parte, sono state analizzate, da un punto di vista quantitativo (variazioni areali e volumetriche) e qualitativo (pattern di distribuzione spaziale dei processi erosivi e di deposizione), le variazioni morfologiche avvenute in un arco temporale di sei anni in due piccoli bacini (Gadria e Strimm) della Val Venosta (Alpi Orientali, Italia). L’analisi dei cambiamenti geomorfologici è stata effettuata determinando i DTM delle Differenze (DTM of Difference, DoD) ottenuti dal confronto di modelli digitali ad alta risoluzione (2 m) derivati da rilievi LiDAR ripetuti nel tempo disponibili per entrambi i bacini. Per la determinazione del DoD è stato applicato un metodo di spazializzazione dell’errore verticale basato sulla logica fuzzy che ha previsto l’utilizzo di parametri legati alla qualità ed accuratezza dei DTM e alla complessità topografica dell’area di interesse, quali la densità della nuvola di punti al suolo e la pendenza. I volumi di sedimento erosi e depositati dagli eventi verificatisi nell’arco temporale analizzato, ottenuti dall’applicazione del metodo descritto, sono stati confrontati con i dati di campo presenti in un sistema integrato e aggiornato di documentazione dei fenomeni torrentizi e fluviali gestito dalla Provincia Autonoma di Bolzano. L’utilizzo di un approccio basato sulla spazializzazione dell’incertezza verticale per l’analisi DoD ha consentito di recuperare parte dell’informazione relativa a variazioni morfologiche di piccola entità in aree a bassa pendenza che sarebbero andate perdute nel caso fosse stata considerata una spazializzazione spazialmente uniforme. L’analisi ha inoltre evidenziato la possibilità di utilizzare il DoD per l’identificazione di processi erosivi e deposizionali in aree non facilmente accessibili e di eventi non rilevati mediante osservazioni di terreno. L’analisi delle relazioni tra parametri geomorfometrici, come la curvatura (planare e di profilo), la pendenza e l’area drenata, e i cambiamenti geomorfologici rilevati col DoD ha apportato un valido contributo all’interpretazione qualitativa delle variazioni occorse a completamento delle stime volumetriche di erosione e deposito. Queste relazioni possono essere utilizzate per valutare quantitativamente le variazioni dell’assetto morfologico conseguenti ad eventi di erosione e deposito. La seconda parte è stata dedicata all’analisi della connettività del sedimento a diverse scale spaziali sia in termini di risoluzione del DTM che di estensione geografica. L’analisi è stata condotta utilizzando un indice di connettività del sedimento a base morfometrica (IC) proposto da Borselli et al. (2009) e adattato da Cavalli et al. (2013) all’ambito montano. IC applicato a DTM ad alta risoluzione consente di caratterizzare spazialmente la potenziale connettività del sedimento tra versante e aree di particolare interesse (e.g. strade, sezione di chiusura del bacino, corsi d’acqua). È stata valutata l’applicabilità del modello in un contesto regionale (alta e media Val Venosta) che presenta un’alta variabilità in termini topografici e di uso del suolo. In particolare, sono stati analizzati gli effetti della risoluzione del DTM sui risultati di IC e la variabilità dell’indice stesso applicato a bacini selezionati all’interno dell’area della Val Venosta caratterizzati da diversa forma, dimensione, pendenza e dinamiche di trasporto del sedimento. La dipendenza dell’indice dall’area del bacino, dovuta soprattutto alla componente downslope che considera la lunghezza del percorso che il sedimento deve affrontare per raggiungere un sink, suggerisce che il modello applicato consente il confronto principalmente tra bacini che presentano dimensioni simili. La risoluzione sembra invece influire non solo in termini di valori medi ma anche, ed in misura più evidente, sulla distribuzione spaziale della connettività sia a scala di bacino sia a scala regionale. D’altra parte i risultati ottenuti hanno evidenziato la possibilità di utilizzare l’indice di connettività come strumento per una rapida caratterizzazione spaziale della connettività del sedimento su ampie aree ed in aree morfologicamente complesse interessate da diversi processi di trasporto del sedimento come colate detritiche e trasporto solido canalizzato. Le due tipologie d’analisi finalizzate allo studio a diverse scale spaziali e temporali delle aree di studio, presentate in modo distinto nella presente tesi, possono considerarsi tuttavia connesse. L’applicazione, infatti, di IC in un bacino caratterizzato dalla presenza di un ghiacciaio soggetto a ritiro (Zinal, Svizzera) ha consentito di valutare l’effetto del processo di scioglimento del ghiacciaio stesso sulla potenziale connettività del sedimento dopo un periodo di circa quarant’anni. L’analisi qualitativa della variazione dell’indice di connettività in relazione al ritiro del ghiacciaio ha dimostrato come il grado di connettività del sedimento sia un fattore chiave nel controllare il rilascio di sedimento tra versanti e canale principale e come i flussi sedimentari futuri provenienti dalla zona soggetta a scioglimento dipendano in modo critico dallo sviluppo di morene laterali. Nel complesso, l’elevata risoluzione dei DTM derivati da rilievi LiDAR, valorizzata tramite l’impiego di idonei strumenti per l’analisi geomorfometrica, ha consentito sia di cogliere le variazioni, dovute al succedersi di più eventi a scala di bacino sia di ottenere mappe di previsione sulla potenziale connettività del sedimento a diverse scale spaziali in aree caratterizzate da diversa morfologia e processi di trasporto.