Suspended sediment fluxes in an Alpine torrent basin

Il trasporto di sedimenti in sospensione riguarda il materiale fine presente nel corso d’acqua, e può essere descritto come la mobilizzazione delle particelle sospese nella colonna d’acqua. Nelle aree montane questo processo è definito da molteplici fattori, tali come la dimensione, morfologia e litologia del bacino, la stabilità dello stratto superficiale grossolano del letto fluviale, la copertura vegetale, il contenuto idrico del suolo e le caratteristiche delle precipitazioni. Dati i numerosi fattori che ne condizionano le dinamiche, il trasporto di sedimenti in sospensione in torrenti montani presenta una maggiore variabilità rispetto ai fiumi di pianura. Negli ambienti montani, il contributo del materiale fine alla quantità totale di sedimento trasportato può arrivare fino al 100%, perciò l’analisi e la quantificazione di questo tipo di trasporto è di fondamentale importanza. A tal fine, il monitoraggio continuo e ripetuto nel lungo periodo risulta indispensabile per lo studio delle dinamiche dei flussi di sedimenti fini, nonché per l’interpretazione delle interazioni fra i fattori che influiscono in esse e per la predizione delle produzioni solide. Nonostante ciò, i lavori che analizzano il trasporto in sospensione sulla base di a una lunga serie di dati sono particolarmente rari. L’obiettivo di questa tesi consiste nello studio delle dinamiche di trasporto del materiale sospeso nel bacino del Rio Cordon situato nelle Alpi Italiane. Il lavoro punta ad analizzare la quantità del materiale rilasciato dalle sorgenti di sedimento presenti nel bacino e l’effettività del trasporto, studiare i fattori principali che hanno un ruolo nel deflusso dei sedimenti sia nel breve che nel lungo termine, ed identificare le soglie idrologiche che controllano la risposta dei solidi ai contributi liquidi. Il bacino del Rio Cordon è un bacino dolomitico di piccole dimensioni (5 km2) il cui collettore principale è caratterizzato da morfologie a step-pool e a riffle-pool e da una pendenza media pari al 13%. Il bacino presenta le condizioni climatiche tipiche delle zone alpine, per le quali il regime nivo-pluviologico controlla il comportamento idrologico. Lo scioglimento nivale controlla i deflussi liquidi durante Maggio e Giugno, mentre durante l’estate e l’atunno il bacino è dominato da eventi di pioggia di alta intensità. Il monitoraggio continuo del bacino è stato permesso grazie ad una stazione sperimentale installata nel 1986 in corrispondenza della sezione di chiusura. Questo lavoro analizza tre decadi di dati di trasporto in sospensione in diverse scale temporali, partendo dal lungo periodo (studio interannuale) fino al breve periodo (studio di eventi singoli). Grazie alle serie di dati disponibili, sono state studiate le produzioni annuali.In tre decadi di monitoraggio sono state trasportate 11962 t di solidi sospesi, il 79% del materiale solido totale trasportato. Tuttavia, sia il contributo annuale che quello stagionale mostrano delle variazioni notevoli. Lo studio delle tendenze stagionali permette di aprezzare delle differenze fra i diversi anni. Prima del 2001, il contributo dello scioglimento nivale al trasporto in sospensione era molto limitato. Successivamente, tra il 2001 ed il 2015 si è visto come in undici eventi il contributo maggiore di solidi sospesi sia stato rappresentato dallo scioglimento nivale. Lo studio dei singoli eventi prevede l’analisi di diversi parametri, come le portate liquide, la concentrazione di sedimenti in sospensione, i volumi di deflusso, il trasporto totale di sedimenti fini, le caratteristiche delle precipitazioni e le condizioni di pioggia precedenti l’evento. Il rapporto d’isteresi fra la portata (Q) e la concentrazione di sedimenti in sospensione (SSC) a scala di evento è stato analizzato attraverso i valori di SSC/Q nel ramo ascendente e discendente dell’idrogramma e del sedimentogramma. I baricentri di queste due curve sono stati calcolati con il teorema dei momenti di Varignon con l’obiettivo di ottenere nuove informazioni sui cambiamenti di Q e SSC all’interno dell’evento. Questa procedura ha permesso di valutare la variabilità del trasporto in sospensione e di analizzare le condizioni di soglia per la mobilizzazione del materiale fine. È stato poi sviluppato un confronto tra questi risultati e quelli ottenuti dall’analisi degli eventi singoli registrati nel torrente Carapelle, un bacino di medie dimensioni (50 km2) situato nel nord della Puglia e caratterizzato da condizioni climatiche e geomorfologiche tipiche dei bacini mediterranei. Dal confronto tra le due aree di studio, è stato possibile individuare le differenze nel comportamento ed analizzare i fattori che ne controllano il trasporto di sedimenti. Il 67.6% degli eventi osservati nel Rio Cordon ha mostrato un’isteresi oraria, mentre nel Carapelle l’88% degli eventi ha presentato un ciclo antiorario. Inoltre, il Carapelle è più influenziato dalle pioggie antecedenti del Rio Cordon, mentre che quest’ultimo mostra una risposta leggermente alle charatteristiche della precipitazione durante l’evento. I motivi principali di tali differenze possono essere riconducibili alle diverse dimensioni dei bacini e alla diversità di connettività riscontrata in ogni bacino. Diverse analisi statistiche hanno rivelato che i fattori che più influenzano il trasporto di sedimenti in sospensione in entrambi i bacini sono le caratteristiche dei deflussi e le precipitazioni. I dati ottenuti dai lavori in campo sviluppati nel 2014 e 2015 nel Rio Cordon hanno sottolineato una risposta eterogenea ai deflussi da parte delle diverse aree del bacino. Questo ha delle conseguenze nelle dinamiche di trasporto. I risultati di questa analisi di lungo termine hanno sottolineato la grande eterogeneità temporale che caratterizza le dinamiche di trasporto all’interno di questo bacino, così come l’imprevedibilità delle produzioni solide. Nonostante il bacino tenda alla stabilità, questa tendenza può venire interrotta da eventi di alta intensità. In questo caso, l’attivazione di alcune aree sorgenti può causare il rilascio continuo di materiale anche durante gli eventi sucessivi (sia eventi di scioglimento che di pioggia), i quali mostrano dunque alte condizioni di disponibilità. Le aree sorgenti di sedimento che contribuiscono alla produzione totale misurata nella sezione di chiusura si trovano prevalentemente nelle vicinanze (oppure in prossimità) del collettore principale, a causa della disconnettività che caratterizza la parte intermedia del bacino.