HYDROLOGICAL AND GEOMORPHOLOGICAL ANALYSIS OF HEADWATER BASINS CAUSING THE DEBRIS FLOW TRIGGERING

La seguente tesi è stata sviluppata in forma compilativa, come raccolta di articoli. Il filo conduttore di tutto il manoscritto è l’analisi del fenomeno di innesco di colate detritiche. Questo tipo di eventi, tipico di zone montane di tutto il mondo, necessita della concomitanza di particolari fattori per poter accadere. Negli ultimi decenni, differenti studi a riguardo, hanno dimostrato che tra le principali variabili in gioco nel determinare l’innesco di una colata, ci sono: la pendenza del terreno, una sufficiente quantità d’acqua e una certa disponibilità di sedimento nell’area sorgente che possa venire mobilizzata. Questi fattori, quando concomitanti sopra ad una certa soglia limite, determinano una elevata probabilità di innesco di un fenomeno di colata detritica. Il fatto però che ci siano in gioco molte differenti variabili, rende questi meccanismi molto difficili da comprendere e predire con estrema esattezza. In questo studio, si è cercato di analizzare tutti gli aspetti legati alla probabilità di innesco per dare un quadro complessivo del fenomeno, prendendo in considerazione differenti variabili in differenti aree di studio. Per questo motivo la tesi è strutturata in tre parti distinte: ad un primo capitolo introduttivo in cui viene presentato il fenomeno di colata detritica nella sua interezza, segue il Capitolo 2, intitolato “On the criteria to create a susceptibility map to debris flow at a regional scale”. In questa parte della tesi, vengono analizzate le variabili geomorfologiche del terreno che incidono maggiormente nel possibile innesco di una colata detritica. Utilizzando un modello chiamato Flow-R che lavora a scala regionale (permettendo di analizzare un’intera vallata e non solamente singoli bacini), si è trascurata la parte idrologica del fenomeno concentrandosi sulla morfologia del terreno. Partendo infatti dai dati reali (dati di pioggia, volumi di colate, mappatura delle aree di innesco e delle aree di deposito) misurati durante e successivamente l’evento del 4 agosto 2012 che ha interessato l’intera Val di Vizze (Provincia di Bolzano) si è cercato di ricostruire nel modo più verosimile l’innesco e la propagazione di colate nel territorio analizzato, cercando di trovare i parametri morfologici che permettessero di discriminare accuratamente le possibili aree sorgenti dalle zone in cui invece l’erosione e l’innesco sono altamente improbabili. Proseguendo con il Capitolo 3 della tesi, denominato “Correlation between the rainfall, sediment recharge and triggering of torrential flows in the Rebaixader catchment (Pyrenees, Spain)” si è invece passati ad analizzare le due variabili pioggia e quantità di sedimento, legate all’innesco di colata detritica. In questo caso, a differenza della precedente analisi, ci si è concentrati: (1) sulla pioggia, analizzando se questa influisca non solo nel determinare lo switch innesco si/innesco no, ma provochi degli effetti anche sull’accumulo e/o mobilizzazione dei sedimenti nelle aree di innesco; (2) sulla quantità di sedimento disponibile per un eventuale innesco di colata, considerando i volumi detritici registrati come il sedimento disponibile, nell’area di innesco, durante il periodo pre-colata. Il bacino analizzato in questa seconda parte della tesi, si trova nei Pirenei spagnoli ed è un ottimo caso studio in quanto fin dall’estate 2009 è stato equipaggiato con una stazione di monitoraggio che comprende pluviometri, geofoni, piezometri e videocamere. La serie storica dei dati di pioggia, che viene registrata con un intervallo temporale di 5 minuti, è quindi relativamente ampia. Inoltre, essendo questo un bacino caratterizzato da un’elevata frequenza di fenomeni di colata detritica e di correnti iperconcentrate, si è avuta a disposizione una serie di una ventina di eventi (con relativo volume di detriti) registrati sempre a partire dall’estate 2009. Una serie di dati di questo tipo, permette quindi di effettuare analisi molto più approfondite rispetto a quelle che si possono fare in singoli bacini non costantemente monitorati in cui ci si limita a prendere in considerazione le giornate caratterizzate da eventi di colata. Si è quindi studiato se ci fosse correlazione tra il volume dell’evento innescato e la quantità di pioggia caduta nel periodo trascorso tra l’evento di colata stesso e il precedente (questo viene denominato in letteratura “periodo di ricarica”). Si sono successivamente verificate le eventuali correlazioni tra l’intensità massima degli eventi di pioggia del periodo di ricarica e il volume del successivo evento innescato. Per fare uno studio più complesso si è deciso di utilizzare una variabile denominata “rainfall erosivity”, questo parametro calcolato per ogni evento di pioggia registrato, mette insieme la quantità totale di precipitazione misurata con l’energia cinetica della pioggia stessa, calcolata utilizzando la massima intensità media nella mezz’ora. Con questo parametro si è differenziato tra la pioggia totale caduta durante il periodo di ricarica e la pioggia del singolo evento innescante. I risultati ottenuti sono molto interessanti, infatti risulta chiaro come la pioggia abbia un’influenza relativamente scarsa sull’accumulo di sedimenti e sulle quantità mobilizzate, dimostrando come queste quantità siano influenzate da altre variabili in gioco, mentre l’innesco o il non innesco di una colata è fortemente dipendente dall’energia dell’evento di pioggia che si verifica sul bacino. Dopo aver svolto una prima analisi a scala regionale e una seconda a scala di singolo bacino, nel Capitolo 4 si è entrati ancora più nel dettaglio, prendendo in considerazione solamente il sottobacino di testata. In questo capitolo, intitolato “Rainfall durations and corresponding dominant mechanism for the initiation of debris flows in three basins characterized by different geomorphological settings”, sono state analizzate tre differenti aree studio: (1) il sottobacino del Rio Rudan, che si trova nel versante meridionale del Monte Antelao, in pieno territorio dolomitico; (2) il sottobacino del Rio Chiesa, posto sul versante meridionale del Col di Lana, caratterizzato da una geologia differente rispetto al primo, composta da una mescolanza di rocce vulcaniche e sedimentarie; (3) il sottobacino del Rio Rebaixader, che si trova nei Pirenei spagnoli ed è composto principalmente da rocce metamorfiche. In ognuno dei tre sottobacini, sono state estratte tre sezioni di controllo, lungo la rete idrografica, e per ognuna di esse sono state calcolate le relative portate critiche di innesco di colata detritica utilizzando le due formule di Gregoretti e Dalla Fontana (2008) e Whittaker e Jaggi (1986). Successivamente in ciascuno dei sottobacini, utilizzando il software di modellazione FLO-2D, sono state effettuate diverse modellazioni idrologiche utilizzando come input di pioggia, differenti pluviogrammi creati utilizzando le equazioni di Intensità-Durata sviluppate da Gregoretti e Dalla Fontana (2007) e da Cannon e Ellen (1985). Queste indagini hanno permesso di verificare quale sia la durata minima di pioggia (legata alla corrispondente Intensità soglia) necessaria per raggiungere la portata critica di innesco nelle sezioni di controllo analizzate. Per completare lo studio sul meccanismo d’innesco nei tre sottobacini analizzati, è stata fatta anche un’analisi di stabilità di versante, utilizzando i parametri geotecnici derivanti da campioni di suolo prelevati nelle aree di innesco. Queste due analisi danno insieme una visione complessiva del modo in cui le colate detritiche si sviluppino nelle aree analizzate. I risultati mostrano infatti come, in tutti e tre i sottobacini, le portate critiche di innesco siano comparabili come grandezza, mentre le analisi si stabilità di versante evidenziano come il bacino del Rio Rudan sia mediamente più stabile rispetto alle altre due aree, anche in condizioni di elevata saturazione del suolo. Questo fa pensare che in questo bacino il meccanismo di innesco più probabile sia il cosiddetto “channel bed failure”, mentre negli altri due bacini ci sono sicuramente anche fenomeni di “shallow slope failure” che avvengono nelle aree dissestate di versante portando grandi quantità di detriti all’interno del reticolo idrologico.