Morphodynamic regime and long-term modelling of meandering rivers

La descrizione dei processi che caratterizzano gli ambienti sedimentari fluviali costituisce una tematica di grande interesse non solo in ambito ingegneristico ambientale, ma anche in quello idrogeologico. Gli alvei naturali presentano un'estrema eterogeneità e la loro forma va necessariamente vista come il risultato dell’azione combinata dei processi di erosione, trasporto e deposito dei sedimenti. Le cause che inducono un alveo ad assumere naturalmente una determinata configurazione vanno quindi ricercate nell’interazione esistente tra i flussi d'acqua e di sedimenti in ingresso al bacino di drenaggio e tutti quei fattori che concorrono alla formazione del paesaggio, ovvero: la topografia e le caratteristiche idrogeologiche della piana alluvionale, il tipo di sedimenti al fondo, il materiale che costituisce le sponde ed il tipo di vegetazione che su di esse cresce. Nella presente tesi focalizzeremo la nostra attenzione sugli alvei ad andamento meandriforme il cui sviluppo planimetrico è strettamente associato all'erodibilità delle sponde e alle caratteristiche del campo di moto. In particolare, verrà sviluppato un modello numerico in grado di simulare lo sviluppo planimetrico di tali corsi d’acqua, le cui caratteristiche morfologiche sono strettamente legate al carattere sub o super-risonante del regime morfodinamico dominante. Obiettivo del presente lavoro è quello di valutare, sul lungo periodo, le caratteristiche morfologiche degli alvei meandriformi determinate dalla struttura non lineare dell'equazione integro-differenziale che descrive levoluzione planimetrica dell’asse del canale e dalla natura fortemente non lineare del fenomeno del cosiddetto taglio di meandro (comunemente noto in letteratura come cutoff). La corrispondenza tra le caratteristiche morfologiche delle configurazioni planimetriche calcolate numericamente utilizzando due diversi modelli idrodinamici linearizzati e quelle osservate in natura viene analizzata utilizzando un'analisi delle componenti proncipali (PCA). Mostreremo come il contributo dinamico delle forti non linearità indotte dai processi di cutoff non sia tale da eliminare completamente le caratteristiche morfologiche associate alla struttura del campo di moto. In particolare si constaterà come, seppure molti degli aspetti fondamentali delle configurazioni planimetriche naturali siano ben riprodotti anche utilizzando per il campo di moto delle soluzioni linearizzate molto semplificate, tuttavia, una stringente corrispondenza con gli alvei meandriformi reali sia resa possibile solo dall'adozione di soluzioni più raffinate in grado di analizzare in modo pi`u completo i complessi meccanismi morfodinamici. Inoltre, utilizzando un modello linearizzato di campo di moto in grado di analizzare l'influenza morfodinamica nella sua interezza, sarà possibile lìindividuazione di una nuova lunghezza scala caratteristica dei meandri, la quale, essendo in grado di sostenere anche il regime super-risonante, si rivelerà una scelta decisamente migliore rispetto alle vecchie scale spaziali utilizzate per i meandri. Infine, adottando una metodologia d'indagine consolidata nell'ambito dell'analisi delle serie temporali non-lineari ed analizzando la serie degli interarrivi dei cutoff, si metterà in evidenza come nelle dinamiche che regolano lo sviluppo dei sistemi meandriformi non sia riscontrabile né l'esistenza di un chiaro determinismo caotico, né tantomeno una loro tendenza ad auto-organizzarsi (self-organized criticality).