Sediment yield in rivers at different time-scales

Questa tesi è dedicata ad un tema particolare che riguarda i sotto-sistemi fluviali, vale a dire la valutazione dell'importo annuo di produzione di sedimenti attraverso una determinata sezione fluviale. Questo problema è stato ampiamente studiato in letteratura e i modelli sviluppati possono essere classificati in diversi gruppi a seconda delle caratteristiche morfologiche di cui tengono conto e della loro complessità. In ogni caso, il problema principale è sempre la grande quantità di dati richiesti. Con questo lavoro vogliamo trovare delle semplici relazioni che richiedano il minor numero di dati possibile, per questo abbiamo sviluppato le nostre valutazioni ad una scala spaziale di bacino ed assunto per il fiume l'ipotesi flusso localmente uniforme (LUF). Di conseguenza ogni tratto fluviale è definito dalla sua lunghezza, dalla larghezza, dala pendenza e dalla composizione granulometrica del fondo, mentre l'estremità a monte del canale LUF coincide col baricentro del bacino in cui si assume sia concentrata l'intera area. Prima si identifica una condizione di base, chiamata di equilibrio e rappresentata da una curva stazionaria (una relazione monomia tra le portate solida e liquida di tipo Engelund-Hansen), con lo scopo di valutare le deviazioni del trasporto solido reale dal valore di equilibrio, deviazioni che dipendono dalla scala temporale considerata. In particolare abbiamo sviluppato tre modelli, validi per tre diverse scale temporali. Per l'analisi a breve termine usiamo la soluzione deterministica armonica 1-D del fiume, che fornisce il ritardo e l'attenuazione della perturbazione del trasporto solido rispetto alla condizione di equilibrio. In altre parole, colleghiamo le deviazioni effettive del trasporto solido registrate a valle con le precedenti perturbazioni della portata liquida avvenute a monte. Per una scala pluriannuale integriamo il modello morfodinamica 1-D ad un modello zero-dimensionale. Dato che gli ingressi di acqua e sedimenti al fiume sono concentrati alla sua estremità a monte, la larghezza dell'intero fiume è ipotizzata costante, mentre la pendenza e la composizione granulometrica sono considerate essere variabili nel tempo. Ne risulta un modello matematico implicito e non lineare, ma a questa scala temporale lo possiamo semplificare al fine di trovare una soluzione analitica semplice e generica per l'evoluzione morfologica pluriennale del fiume. Infine, per un'analisi a lungo termine integriamo numericamente il modello morfodinamico 0-D esatto per valutare le reazioni morfologiche di un fiume a scala temporale geologica. In questo caso si schematizza il fiume con due canali LUF contigui, che rappresentano rispettivamente il tratto montano e e il tratto di pianura del reale corso d'acqua. In questo modo, questo modello può simulare il comportamento tipico dei fiumi naturali mostrando una differenziazione granulometrica (affinamento) verso valle accompagnata da pendenze minori, senza i costi computazionali necessari per un modello unidimensionale completo. Sono stati fatti alcuni confronti e applicazioni numeriche.