Colate detritiche: dinamiche degli apporti di sedimento a scala integrata di bacino

La mitigazione del rischio idrogeologico sta subendo una modificazione importante, poiché, a causa della recente direttiva Alluvioni (2007/60/CE) e della scarsità di risorse degli enti locali, si vanno ricercando misure di mitigazione più economiche rispetto alle tradizionali opere strutturali di difesa. In area alpina un fattore fondamentale nella protezione dal rischio idrogeologico è relativo alla gestione e al controllo del sedimento mobilizzabile nei bacini e dai canali da colata detritica, variabile, quest’ultima, che si riflette direttamente sui costi di un progetto di sistemazione idraulico-forestale e sui costi di manutenzione delle opere attive e passive. Sussiste ancora, per quanto riguarda la valutazione delle dinamiche erosivo-deposizionali, un ampio margine di incertezza a causa della scarsità di dati di campo, che è imputabile soprattutto, alle difficoltà logistiche nel monitorare fenomeni impulsivi e fortemente distruttivi (Horton et al., 2008, Conway et al., 2009, Iverson et al., 2011, Schurch et al. 2011, McCoy et al., 2012). Obiettivo principale di questo progetto è di contribuire alle conoscenze di base indirizzate alla modellazione a scala integrata di bacino delle colate detritiche, quindi di descrivere le forzanti geomorfiche che influenzano i pattern erosivi e deposizionali lungo il tratto di percorrenza di colate detritiche e fornire delle metodologie di ingadine e degli strumenti quali e quantitativi per la stima delle grandezze in gioco. L’alta variabilità del fenomeno sia intrinseca sia legata a differenze reologiche e litologiche del bacino di attività, impone inoltre di indagare tali forzanti sui diversi gruppi litologici delle Alpi. In particolare si è cercato di monitorare sia colate fangose che granulari che miste afferenti a litologie metamorfiche, magmatiche (in particolare intrusive) e dolomitiche. I bacini di studio sono stati identificati differenziandoli per i tipi litologici maggiormente rappresentati sulle Alpi centro orientali, includendo sia bacini con eventi di colata detritica già verificati sia bacini in cui è probabile il verificarsi di eventi durante il periodo di dottorato. In particolari sono stati studiati 4 bacini montani, raggruppati in tre casi studio, due in Trentino, uno in Veneto ed uno in Alto Adige, descritti di seguito. - Torrente Gadria: iniziato a studiare nel contesto del progetto Europeo Monitor II, con leader Partner la libera Università di Bolzano ed il sostegno della Ripartizione 30 (servizio opere idrauliche) della provincia di Bolzano. Il bacino ricade nel dominio metamorfico, è soggetto a colate detritiche con alta magnitudo ed alta frequenza ed è ad alimentazione solida illimitata. Sul bacino sono state realizzate stime geomorfiche, un modello per la priorizzazione della pericolosità delle aree sorgente di sedimento, monitoraggio per lo studio del sediment budget e modellazione. - Torrente Rudan: bacino del dominio dolomitico in provincia di Belluno, con eventi frequenti e ad alimentazione solida illimitata, di elevato interesse per la recente costruzione di una briglia filtrante a monte dell'abitato di Peaio di Cadore. Sul bacino, studiato nel contesto di una consulenza per la regione nel 2002 da questo gruppo di ricerca, sono stati attivati monitoraggi sul sediment budget. - Rio Molinara e Rio Val del Lago: bacini ad alimentazione solita limitata in Provincia di Trento, attivati con colata il 15 agosto 2010 e di forte interesse per l'evento ad alta magnitudo, elevati tempi di ritorno e forte componente erosiva. Sui bacini sono state effettuate stime geomorfiche, stime dei pattern erosivi e moedllazione bidimensionale. La base dati e le informazioni di base sono state fornite dal Servizio Bacini Montani della Provincia Autonoma di Trento. Nei casi di studio le dinamiche di sedimento sono state considerate in modo spazialmente integrato, andando dall'origine del sedimento stesso fino alla deposizione e focalizzando l'attenzione sulla parte intermedia del processo, ossia i fenomeni di bulking e de-bulking in canale (Theule et al., 2012). Sono state approntate in primo luogo metodologie di rilievo standardizzate, con margini di adattamento per i singoli bacini. Le stime geomorfiche, realizzate con il metodo D'Agostino e Marchi (2003), modificato aggiornandolo con la base dati ed il software attuali, in particolare per il trattamento dei dati topografici, è stato utilizzato come analisi di base per ricostruire lo stato di ricarica dei bacini (Borselli et al., 2008, Kienholz et al., 2010). Laddove necessario, come sul Gadria, una profonda compenetrazione tra analisi GIS avanzata delle topografie derivate dai DTM si è resa necessaria per l'ottimizzazione delle stime stesse. Sui bacini ad alimentazione solida limitata (val del Lago e val Molinara) è stata approntata una procedura per la stima dei pattern erosivi degli eventi già verificati, mentre sui bacini con attività frequenti sono stati realizzati dei sistemi di rilievo multitemporale della mobilitazione del sedimento in canale e sulle aree sorgente (Berger et al., 2011, McCoy et al., 2012, Theule et al., 2012). Le stime geomorfiche hanno permesso di individuare un criterio per l'individuazione quantitativa dei bacini ad alimentazione solida limitata ed illimitata, e di confrontare i casi di studio con i dati bibliografici. Il modello di priorizzazione della aree sorgente di sedimento sviluppato è basato su due scale concettuali: una di bacino ed una di area sorgente. Alla prima scala con un indicatore viene valutata l'attitudine del bacino a produrre colate detritiche, mentre alla scala di area sorgente viene vengono valutate con due indicatori la propensione all'innesco dell'area (upslope) e la capacità di far pervenire volume alla sezione di chiusura (downslope). Gli indicatori sono poi raggruppati in un indice che ha mostrato una buona efficacia sia nel confronto con la localizzazione delle sistemazioni storiche, sia nell'attivazione delle aree sorgente di 3 eventi considerati. Gli studi sui pattern erosivi nei bacini ad alimentazione solida limitata sul rio val del Lago e sul rio Val Molinara hanno permesso di individuare per questi bacini le variabili maggiormente influenzanti la componente erosiva, in particolare le variabili dinamiche (velocità e portata) e la profondità del flusso. La pendenza ricopre un ruolo ambiguo e non dominante, in accordo con quanto trovato da altri autori. Maggiori analisi sono necessarie per quanto riguarda le varabili fisiche del fenomeno, come gli sforzi normale e tangenziali e la pressione basale. Tali analisi saranno effettuate durante il terzo anno di dottorato. Dai risultati delle analisi multi temporali risulta evidente come le colate hanno un impatto morfologico molto maggiore rispetto ai lunghi periodi senza evento, anche contraddistinti da portate liquide importanti in relazione al canale in esame. Le sediment trap hanno permesso invece di individuare la produzione di sedimento in area sorgente, evidenziando valori maggiori in ambito dolomitico che non in quello metamorfico. Per entrambe le componenti l'associazione del tempo di ritorno della pioggia con la magnitudo di evento non sembra approppriata a descrivere il fenomeno. La propagazione nel reticolo idrografico sembra essere il meccanismo principale di accrescimento volumetrico (e quindi reologico-fisico) delle colate detritiche, in una dinamica di erosione e deposito estremamente complessa. Tassi di erosione e deposito medi indicano il comportamento medio della colata e, sulla scala spaziale del reticolo idrografico, pur mantenendosi su valori non elevati possono accrescere considerevolmente il volume della colata stess. La pendenza, purchè elevata e superiore a certi valori soglia, sembra non avere un ruolo centrale e diretto nell'erosione da colata detritica in canale, andando invece ad influenzare la distribuzione degli sforzi sul controrno della sezione mentre un buon previsore per stimare la profondità erosiva sembra essere invece l'altezza del fronte di colata. I fenomeni erosivi da colate detritiche sembrano avere una forte componente stocastica, che va attenuandosi al crescere della magnitudo di evento facendo emergere le forzanti fisiche che guidano e condizionano il fenomeno. Come indicato dai più recenti studi in materia, l'equilibrio tra gli sforzi normale e tangenziale e l'effetto del fronte sulla pressione interstiziale sembrano essere il fattore maggiormente condizionante la capacità erosiva della colata sia con una matrice dolomitica, che con una matrice vulcanica che con una matrice metamorfica.