Caratterizzazione dell’area di studio

Il bacino idrografico del T. Turbolo è ubicato nella por-zione centro-settentrionale della Calabria, compreso tra 39°32’ 23’’ N e 39°29’ 49’’ N di latitudine, 3°45’ 49’’ E e 3°38’ 13’’ E di longitudine (Figura 1). Il torrente ha o-rigine nel versante orientale della Catena Costiera ad oltre 1000 m di quota e con una direzione da ovest verso est confluisce nel Fiume Crati, a circa 75 m s.l.m., dopo un percorso di oltre 13 km. Esso si sviluppa su una superfi-cie di circa 30 km2, presenta una forma allungata e la sua conformazione risulta asimmetrica e rappresenta un baci-no di 5° ordine con una densità di drenaggio pari a 5,16 km-1, valore indicativo di una rete idrografica piuttosto fitta e di un’area fortemente dissecata (Conforti, 2008). Il pattern è dentritico per i sottobacini montani e a traliccio per quelli collinari. L’analisi dei dati climatici definisce, per l’area in esame, una precipitazione media annua pari a circa 1200 mm, distribuiti su 105 giorni piovosi, ed una temperatura media annua di circa 16°C; le precipitazioni si concentrano nel periodo Ottobre-Marzo con un deficit della piovosità nei mesi più caldi caratterizzati dai valori massimi di temperatura.

Dal punto di vista geologico il bacino ricade a ridosso di una importante direttrice tettonica regionale di direzio-ne circa N-S che delimita i depositi direzio-neogenici di riempi-mento del graben del Crati (Colella et alii, 1987) dalle rocce cristallino-metamorfiche paleozoico-cretaciche che costituiscono l’horst della Catena Costiera (Tortorici et

alii, 1995). Nella porzione occidentale del bacino

affiora-no gneiss biotitici-granitiferi sovrascorsi sulle rocce filla-diche grigio scure associate a metareniti e scisti anfiboli-tici (Antronico & Terranova, 1999). Nella zona a ridosso dell’allineamento tettonico si rinvengono localmente ar-gille gessose messiniane (Lanzafame & Zuffa, 1976), ol-tre ad essere fortemente caratterizzata da diffusi detriti di versante. Nella porzione centrale del bacino affiorano prevalentemente argille siltose grigio-azzurre del Plioce-ne superiore e, subordinatamente, sabbie e arenarie del Pleistocene inferiore. Nella porzione orientale affiorano i depositi trasgressivi attribuiti al Calabriano (Lanzafame & Zuffa, 1976), rappresentati da sabbie con intercalazioni di conglomerati ricchi di matrice sabbiosa. Il fondovalle, nella porzione terminale del bacino, è costituito da depo-siti alluvionali attuali e recenti e, sovente, da depodepo-siti col-luviali.

Conforti M., Aucelli P. P. C., Robustelli G., Scarciglia F. / EngHydroEnv Geology 11 (2009) 83-92

Figura 1 – Localizzazione dell’area di studio e DTM del bacino con la sovrapposizione dei processi di gully erosion cartografati.

Figure 1 – Study area location map and gully erosion locations with DTM of the basin.

Per quanto concerne le coperture pedo-regolitiche, il bacino è caratterizzato da un’elevata variabilità pedologi-ca: si va da suoli estremamente evoluti (Alfisuoli) fino a suoli pedogeneticamente poco maturi e scarsamente dif-ferenziati (Inceptisuoli ed Entisuoli), con profili spesso contraddistinti da troncature erosive. Inoltre, sui versanti argillosi, si sono sviluppati suoli con caratteristiche verti-che, caratterizzati da un forte dinamismo strutturale che si manifesta con la formazione di crepacciature (per contra-zione da disseccamento) nella stagione secca che si ri-chiudono, per effetto dell’imbibizione (e conseguente e-spansione delle argille), nella successiva stagione umida.

Dal punto di vista morfologico, il bacino nel settore occidentale, laddove affiorano le rocce metamorfiche più o meno litoidi, è caratterizzato da versanti con pendenze elevate (mediamente maggiori ai 30°) e da una forte e-nergia del rilievo causata dal sollevamento della Catena Costiera e dalla conseguente dissezione (Tortorici et alii, 1995). In particolare, questi versanti presentano un profi-lo rettilineo-convesso e sono incisi da valli strette e in ap-profondimento (Sorriso-Valvo et alii, 1996). Nel settore centro-occidentale del bacino, dove affiorano litologie argillose, poco competenti e più soggette all’instabilità geomorfologica, la morfologia è caratterizzata da fre-quenti pianori e forme con pendenze blande. I profili dei versanti, in genere, si presentano molto articolati con forme concavo-convesse (Sorriso-Valvo et alii, 1996). Le vallecole, generalmente, si presentano a fondo piatto o concavo con approfondimento scarso o nullo e spesso lungo i versanti si verificano movimenti in massa. Nel settore orientale dell’area di studio, il paesaggio morfolo-gico è caratterizzato dalla presenza di superfici terrazzate,

profondamente incise e smantellate da una fitta rete idro-grafica e da una intensa attività erosiva causata soprattut-to da un forte sollevamensoprattut-to tetsoprattut-tonico che ha interessasoprattut-to l’area (Carobene et alii, 1989). Attualmente delle antiche superfici terrazzate si sono conservati pochi lembi, ridotti per lo più a tratti subpianeggianti, collocati principalmen-te lungo gli spartiacque che presentano numerose discon-tinuità plano-altimetriche. Nelle parti più depresse delle valli principali si osservano delle superfici terrazzate re-centi di origine fluviale e/o colluviale.

Le tipologie dei fenomeni erosivi in atto, nell’area studiata, sono legate principalmente al ruscellamento i-drico superficiale (areale o incanalato) e a movimenti in massa che inducono una rapida evoluzione dei versanti e dei fondovalle (Conforti, 2008). L’erosione idrica areale agisce particolarmente nelle zone prive di vegetazione e in quelle adibite a colture, dove la presenza di solchi di aratura paralleli alle linee di massima pendenza favorisce spesso la formazione di rivoli che tendono ad evolvere in solchi di erosione concentrata (gullies). Movimenti in massa si innescano principalmente sui versanti argillosi e, sovente, sui versanti a pendenze elevate composti da roc-ce cristalline (principalmente gneiss e scisti filladici) in-tensamente fratturate e alterate.

2.1. Caratterizzazione dei processi di gully erosion

L’analisi geomorfologica ha portato a definire che il 5% dell’area del bacino è interessata da forme di erosione concentrata del tipo solchi e/o fossi (gully erosion). Que-ste forme di erosione, riportate in un elaborato cartografi-co tematicartografi-co (Figura 1), mostrano incisioni spesso cartografi-con profondità che supera i 4 m e non possono essere

elimina-Conforti M., Aucelli P. P. C., Robustelli G., Scarciglia F. / EngHydroEnv Geology 11 (2009) 83-92

86

te dalle normali lavorazioni agricole diventando, pertanto, forme permanenti. Nella parte medio-bassa del bacino, dove affiorano sabbie e conglomerati, interi versanti sono caratterizzati da questi processi, con lo sviluppo di un in-sieme di vallecole spesso ramificate e separate da piccole creste. Fenomeni di questo tipo si riattivano in occasione di precipitazioni meteoriche intense e, frequentemente, oltre all’approfondimento verticale, sono caratterizzati da crolli che si innescano sui versanti e/o alla testata dei

gul-lies (Conforti, 2008). L’erosione a solchi, una volta

inne-scata, procede con una progressiva e rapida evoluzione regressiva, spesso causata da un repentino abbassamento del livello di base locale, che può essere provocato da a-zioni antropiche, quali uno sbancamento di un versante, l’apertura di una cava ecc. In molte aree del bacino lo svi-luppo dei gullies è favorito da pratiche agricole che la-sciano il suolo con scarsa o nulla copertura vegetale nei periodi dell’anno (Ottobre-Marzo) in cui si concentrano la maggior parte delle precipitazioni meteoriche.

Nell’ambito delle morfologie legate ai processi di

gully erosion rientrano anche quelle calanchive, che

inte-ressano diversi versanti argillosi del settore centro-occidentale del bacino. Il rilevamento geomorfologico all’interno delle aree calanchive ha messo in evidenza che lungo gli impluvi principali, che presentano quasi tutti creste smussate (Pulice et alii, 2009), i processi morfoge-netici in atto sono legati prevalentemente a piccoli movi-menti in massa e subordinatamente all’erosione concen-trata delle acque correnti superficiali. Nei canali seconda-ri, invece, prevalgono i processi di dissezione verticale legati al rapido approfondimento delle acque incanalate, che danno luogo a creste più strette ed affilate.

2.2. Caratterizzazione dei fattori predisponenti

Per la stima della suscettibilità da gully erosion è stato necessario selezionare un certo numero di fattori predi-sponenti di varia natura (geologica, geomorfologica, cli-matica ecc.), che si presume siano in qualche modo legate alla generazione dei processi erosivi che si stanno analiz-zando. I fattori predisponenti utilizzati sono litologia, uso del suolo, coefficiente di erodibilità dei suoli e una serie di fattori topografici: pendenza, esposizione dei versanti, curvatura planare, stream power index (SPI), topographic

wetness index (TWI) e length-slope factor (LS), definito

anche come indice della capacità di trasporto (Moore et

alii, 1991). Tutti i parametri morfometrici sono stati

rica-vati dal DTM, utilizzando le funzioni di gestione offerte dalle estensioni 3D analyst, Spatial analyst e Sinmap del software GIS Arcview 3.2.

Litologia

Per quanto riguarda la litologia sono stati distinti 11 lito-tipi riportati in una apposita cartografia (Figura 2a). La carta litologica mira ad individuare settori litologicamen-te omogenei rispetto ai processi erosionali; in tal senso le litologie con analoghe caratteristiche meccaniche e di e-rodibilità sono state accorpate pur avendo età differenti.

Tabella 1 – Distribuzione dei pesi (W) per ogni classe dei fattori predisponenti considerati.

Table 1 – Weighting values (W) distribution for each class of the selected predisposing factor.

Litologia NpixNi Npix Si ^Dens _Class W Depositi alluvionali 21293 197 0.009 .1.31 Depositi colluviali 15291 130 0.009 .1.39 Depositi di conoidi alluvionali 20586 707 0.034 0.00 Depositi di falda detritica 8891 109 0.012 .1.03 Depositi di frana 17444 81 0.005 .2.00 Conglomerati 24151 925 0.038 0.11 Sabbie 109829 5713 0.052 0.42 Argille 40312 1566 0.039 0.13 Gneiss 12157 37 0.003 .2.42 Metacalcari e metapeliti 12347 324 0.026 .0.27 Filladi e metabasiti 9273 484 0.052 0.42 Uso del suolo

Bosco 47281 1995 0.042 0.21

Bosco ceduo e/o rado 34442 1595 0.046 0.31 Copertura erbacea arbustiva 36396 2807 0.077 0.81 Prato e pascolo 28912 752 0.026 .0.28

Uliveto 62395 734 0.012 .1.06

Frutteto e/o vigneto 3658 41 0.011 .1.12

Seminativo 65054 925 0.014 .0.88

Area in abbandono 7323 1441 0.20 1.75 Alveo fluviale e aree

esondabi-li ^{2100 5 0.003 .2.62} Insediamento urbano 6860 0 0.000 .2.70 Pendenze 0 . 5° 45489 275 0.006 .1.74 5 . 10° 42930 520 0.012 .1.04 10 . 15° 57880 1043 0.018 .0.64 15 . 20° 56521 1703 0.030 .0.13 20 . 30° 71902 4568 0.064 0.62 > 30° 25059 2164 0.086 0.92 Esposizione P 27301 821 0.030 .0.13 N 38148 986 0.026 .0.28 N.E 38596 1161 0.030 .0.13 E 47861 1216 0.025 .0.30 S.E 52931 1785 0.034 .0.02 S 29893 1411 0.047 0.32 S.O 11944 1124 0.094 1.01 O 13435 880 0.066 0.65 N.O 30257 876 0.029 .0.17 SPI 0 . 0.6 188207 4047 0.022 .0.47 0.6 . 1.2 87477 4731 0.054 0.46 1.2 . 1.8 16394 1217 0.074 0.77 1.8 . 2.4 2935 228 0.078 0.82 2.4 – 3 432 34 0.079 0.83 3 . 3.6 55 6 0.109 1.16 TWI 0 . 0.2 78497 2014 0.026 .0.29 0.2 – 1 75372 1616 0.021 .0.47 1 – 2 10804 312 0.029 .0.17 2 – 3 126864 6321 0.050 0.37 LS 0 . 0.2 134380 2998 0.022 .0.43 0.2 . 3 153986 6826 0.044 0.26 3 – 5 1995 235 0.118 1.24 5 – 10 907 143 0.158 1.53 > 10 303 70 0.230 1.90 Curvatura Planare Concavo 26837 3824 0.142 1.43 Convesso 80580 2342 0.029 .0.16 Piana 190499 4097 0.022 .0.47 Fattore di erodibilità (K) < 0.02 27308 482 0.018 .0.66 0.02 . 0.03 54556 2260 0.041 0.19 0.03 . 0.04 157510 4695 0.030 .0.13 > 0.04 52167 2826 0.054 0.46 Area totale del bacino xNi=299

Npi-780

NpixSi

Conforti M., Aucelli P. P. C., Robustelli G., Scarciglia F. / EngHydroEnv Geology 11 (2009) 83-92

Figura 2 – Carte dei fattori predisponenti: a) litologia; b) uso del suolo, c) coefficiente di erodibilità dei suoli; d) pendenza dei versan-ti; e) esposizione dei versanversan-ti; f) curvature planare dei versanversan-ti; g) SPI (stream power index); h) TWI (topographic wetness index); i) LS (length.slope factor).

Figure 2 – Predisposing factor maps: a) lithology; b) land use; c) soil erodibility factor; d) slope; e) aspect; f) plain slope curvature; g) SPI; h) TWI; i) LS.

Conforti M., Aucelli P. P. C., Robustelli G., Scarciglia F. / EngHydroEnv Geology 11 (2009) 83-92

88

Uso del suolo

Il tipo di uso del suolo ha una notevole influenza sulla stabilità geomorfologica di un versante; in generale, la presenza di una folta copertura arborea su un versante at-tenua l’azione erosiva delle acque dilavanti. Un terreno denudato e/o con scarsa vegetazione, invece, è più suscet-tibile all’innesco di processi erosivi. Nel bacino studiato, sono state riconosciute 10 classi di uso del suolo (Figura 2b). In particolare, più del 55% dell’area presenta una vocazione agricola e pastorale, nella quale si concentrano la gran parte dei processi di gully erosion cartografati.

Coefficiente di erodibilità dei suoli (K)

La stima del coefficiente di erodibilità (K), che sintetizza la suscettibilità del suolo ad essere eroso con riferimento ad un evento meteorico caratterizzato da erosività unita-ria, può essere diversamente stimato a partire dai dati analitici in funzione delle informazioni disponibili (Pela-cani et alii, 2006). Al fine di utilizzare tutte le informa-zioni a nostra disposizione, è stata utilizzata la funzione proposta da Wischmeier & Smith (1971), che prende in considerazione le differenti frazioni granulometriche, il contenuto di sostanza organica (nel caso specifico, rica-vato dalle analisi chimico-fisiche di laboratorio dei 175 campioni di topsoil) ed i dati qualitativi relativi a struttura di aggregazione e permeabilità dei suoli secondo la se-guente formula:

K = 2.1x10-4x(12.OM) M1.14 + 3.25(S.2) + +2.5(P.3)/7.59*100

espressa in t.ha.h.ha^-1.MJ^-1.mm^-1, in cui OM è il contenu-to di sostanza organica; M è un parametro legacontenu-to alla tes-situra ed è pari a: %sabbia fine + %limo x (100 - %argil-la); S e P sono dei codici legati, rispettivamente, alla struttura ed alla permeabilità del suolo. Per la stima di questi ultimi è stata utilizzata la metodologia messa a punto da Giordano et alii (2005), basata sulle informa-zioni tessiturali e sulle caratteristiche medie di permeabi-lità individuate da Carsel & Parrish (1988). I valori di K relativi ad ogni topsoil sono stati introdotti nel sistema GIS e spazializzati a tutta l’area di studio (Figura 2c), mediante la tecnica di interpolazione kriging.

Pendenza

L’acclività è un fattore di primaria importanza nella di-namica dei processi che regolano l’evoluzione dei versan-ti; infatti essa condiziona il deflusso superficiale, la den-sità di drenaggio, l’erosione del suolo ecc. (Dramis & Gentili, 1977). Per questa ragione la pendenza dei versan-ti gioca un ruolo determinante nella preparazione della carta della suscettibilità di un processo erosivo in un dato territorio, nel caso specifico da gully erosion. In questo studio l’acclività dei versanti, estrapolata dal DTM, è sta-ta suddivisa in sei classi (Figura 2d).

Esposizione dei versanti

L’esposizione dei versanti è considerata un fattore

mor-fometrico molto importante per il controllo dei processi di erosione, poiché influenza il microclima attraverso l’angolo e la durata dell’incidenza dei raggi solari sulla superficie del suolo. L’esposizione dei versanti può favo-rire l’alterazione delle rocce e la formazione di coperture pedo-regolitiche, determinandone eventuali importanti variazioni nelle proprietà chimiche e/o meccaniche e reo-logiche, e, pertanto, predisporre i versanti stessi a feno-meni di denudazione. Nel seguente studio i dati relativi all’esposizione dei versanti sono stati estrapolati dal DTM ed i relativi valori sono stati suddivisi in 9 classi (Figura 2e), 8 delle quali secondo i punti cardinali ed una relativa alle superfici subpianeggianti. La distribuzione di questo parametro è risultata abbastanza omogenea, con una leggera prevalenza dei versanti rivolti ad est e sud-est.

Curvatura planare

La curvatura planare dei versanti, ricavata dal DTM, è data dalla derivata seconda della curva generata dall’intersezione della superficie topografica con il piano verticale tangente alle curve di livello; essa esprime la curvatura convessa o concava dei versanti con valori ri-spettivamente positivi e negativi. Per valori intorno allo zero la curvatura del versante è stata considerata piana (Wilson & Gallant, 2000). Questo parametro è importante per determinare la divergenza o la convergenza del flusso idrico (Figura 2f).

Stream power index (SPI)

Il fattore SPI indica il potere erosivo del flusso idrico in ogni cella del grid; esso è stato definito utilizzando l’espressione proposta da Moore et alii (1991):

SPI=As x tanı

dove As (area specifica contribuente) è pari all’area della porzione di versante drenata e ı rappresenta la pendenza espressa in gradi. Il parametro SPI, in generale, è risultato fortemente correlato con le linee di impluvio, dove rag-giunge i valore più elevati (Figura 2g).

Topographic wetness index (TWI)

Il parametro TWI indica la capacità di infiltrazione delle acque ruscellanti di un’area in base alle differenti condi-zioni topografiche (Moore et alii, 1991); esso è definito dalla seguente espressione:

TWI=ln(As/tanı)

dove As (area specifica contribuente) è pari all’area della porzione di versante drenata e ı rappresenta la pendenza espressa in gradi (Figura 2h).

I due parametri appena descritti sono stati calcolati dal DTM utilizzando l’algoritmo di direzione di deflusso di tipo “D8” in Arcview 3.2 (O’Callaghan & Mark, 1984).

Length-slope factor (LS)

Il fattore LS è un termine relativo alle caratteristiche to-pografiche dell’area esaminata che tiene conto della

lun-Conforti M., Aucelli P. P. C., Robustelli G., Scarciglia F. / EngHydroEnv Geology 11 (2009) 83-91

ghezza (L) e della pendenza del versante (S). La lunghez-za del versante è la distanlunghez-za orizzontale media dal punto di origine del deflusso al punto in cui la pendenza dimi-nuisce in modo tale da consentire l’inizio dell’attività de-posizionale o il punto in cui le acque vengono canalizzate (Foster & Wischmeier, 1974; Wischmeier & Smith, 1978; Renard et alii, 1997). Elevati valori del fattore LS comportano una maggiore capacità erosiva del deflusso idrico superficiale lungo un versante. Pertanto il fattore LS può essere considerato un indice della capacità di tra-sporto di sedimento da parte delle acque di scorrimento superficiale. Per il bacino del T. Turbolo, il fattore LS (Figura 2i) è stato realizzato utilizzando il DTM ed è ana-logo al parametro utilizzato nell’equazione della RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation, Renard et alii, 1997): esso è stato calcolato applicando la relazione svi-luppata da Moore & Wilson (1992):

LS=(As/22.13)0.4•1.4•(sinı/0.0896)1.3

dove As (area specifica contribuente) è pari all’area della porzione di versante drenata e ı rappresenta la pendenza. Questi due parametri sono stati calcolati utilizzando l’algoritmo di direzione di deflusso di tipo “D8” in Ar-cview 3.2 (O’Callaghan & Mark, 1984).

Per maggiori dettagli sul significato morfodinamico dei parametri topografici sopra descritti si rimanda al la-voro di Wilson & Gallant (2000).