Complessità morfologica

Le reti di canali, come nel caso fluviale, sono costituite da diverse ramificazioni dove i segmenti più piccoli di ordine inferiore si incontrano a formare una canale di ordine superiore. A differenza delle reti fluviali, tuttavia, le reti a marea non presentano invarianza di scala. Indagini morfometriche sulle reti di canali a marea [Marani et al., 2003; Rinaldo et al., 1999a,b], hanno evidenziato come le semplici relazioni geomorfologiche, del tipo osservato in ambito fluviale, nel caso degli ambienti a marea non si conservino al variare della scala spaziale considerata. Ciò implica che le proprietà geomorfologiche delle reti a marea varino in modo consistente nello spazio, indicando l’esistenza di scale caratteristiche nei modi di aggregazione della rete [Fagherazzi et al., 1999; Marani et al., 2002, 2003; Rinaldo et al., 1999a,b].

Esistono diverse classificazioni per le reti a marea, che si basano fondamen-talmente sul livello di complessità del canale (elaborazione) e sulla presenza di canali singoli o di una rete sviluppata [Eisma, 1998]. La morfologia di un singolo canale varia da rettilinea a meandriforme, in base allo stesso criterio utilizzato per la controparte fluviale, ovvero il valore della sinuosità. È stato notato da diversi autori che in substrati non vegetati facilmente erodibili e con terreni non coesivi, i canali sono più rettilinei, mentre in regioni vegetate come le barene, essi aumentano la sinuosità, formando meandri [Eisma, 1998; Garofalo, 1980]. Inoltre, i canali più grandi tendono a essere meno sinuosi, mostrando una certa stabilità dovuta al volume del trasporto di sedimento richiesto per avere variazioni. La figura 2.8 rappresenta una classificazione per le reti di canali a marea. La tipologia più comune osservata nelle barene e nei bassifondi è quella dendritica, in cui i canali di prim’ordine, che terminano bruscamente sulla superficie della barena, si uniscono a formare canali di ordine superiore. La complessità e la variabilità dei canali a marea è principalmente funzione dell’eterogeneità dei processi che caratterizzano gli ambienti a marea e della presenza di un flusso bidirezionale.

Nonostante esista una grande variabilità di reti di canali tidali, è molto frequente osservare reti di canali a marea in cui diverse morfologie coesistono [Hughes, 2012].

É possibile inquadrare il complesso legame che intercorre tra le caratteristiche morfologiche dei canali e le caratteristiche idrodinamiche complessive del campo di moto. Dato un canale a marea, è possibile definire il prima di marea (tidal prism) come il volume d’acqua che defluisce attraverso una determinata sezione durante metà del ciclo di marea (cioè nella fase di flusso e nella fase di riflusso). Il prisma di marea può essere calcolato con riferimento a ciascuna sezione di un canale a marea e, quindi, anche con riferimento alla sezione di chiusura di un bacino a marea. I

2.2. COMPLESSITÀ MORFOLOGICA 31

Figura 2.8: Classificazione delle diverse morfologie di channel network. [Hughes, 2012]

dati di campo e le simulazioni numeriche suggeriscono una dipendenza del tipo legge di potenza, tra area della sezione e prisma di marea (i.e., la cosiddetta legge di O’Brien-Jarrett-Marchi) [D’Alpaos et al., 2009; Lanzoni and Seminara, 2002; Seminara et al., 2010]:

Ω ∝ aPb (2.1)

essendo Ω l’area liquida della sezione trasversale minima alla bocca, P il volume del prisma di marea di sigizie e a e b sono costanti calcolate empiricamente. Tale relazione suggerisce l’esistenza di un equilibrio dinamico per cui l’area liquida della sezione trasversale si adatta alla portata fluente e al volume d’acqua P (prisma di marea) che deve transitare attraverso la sezione durante la metà del ciclo di marea. Ulteriori indagini teoriche [Marchi, 1990], confermate da analisi modellistiche [D’Alpaos et al., 2010], hanno permesso di stimare i valori dei parametri a e b [D’Alpaos et al., 2009]:

Ω = 0.0025P6/7 (2.2) Nel diagramma 2.9 si osserva come la relazione di O’Brien-Jarrett-Marchi sia verificata per numerosi dati di campo e sperimentali. Tuttavia, ad una maggiore distanza dalla bocca del canale, quando la dimensione delle sezioni trasversali si riduce, l’inquadramento teorico con i valori scelti per i parametri risulta più approssimato in quanto per un fissato valore dell’area liquida il volume del prisma di marea risulta minore di quello previsto.

Una delle più semplici misure geomorfologiche che controllano l’evoluzione morfodinamica di un canale a marea è il rapporto larghezza-profondità della sezione [Allen, 2000; Marani et al., 2002; Solari et al., 2002]. Il rapporto, β, tra la larghezza 2B del canale e la sua profondità D, viene introdotto per rappresentare il grado di incisione di un canale, che è funzione dei meccanismi di erosione e migrazione [Marani et al., 2002]. Il coefficiente β viene sostanzialmente suddiviso in due popolazioni: valori inferiori per i canali che innervano le barene e valori superiori per i canali che innervano i bassifondi. Misure in campo del rapporto larghezza-profondità

β [Marani et al., 2002] evidenziano, infatti, la grande variabilità dei valori di β, almeno nel contesto lagunare veneziano. Mentre i canali che innervano le barene sono fortemente incisi (5 < β < 7), come conseguenza del ruolo stabilizzante assunto dalla vegetazione alofila e dalla presenza di sedimenti coesivi nel controllo dei processi di erosione, i canali presenti sui bassifondi, dove la vegetazione è praticamente assente e nei sedimenti si incrementa la presenza di frazioni sabbiose, sono invece caratterizzati da valori di β maggiori (8 < β < 50), presentando caratteristiche vicine al caso fluviale [Marani et al., 2002]. Tale distinzione morfologica è evidente in figura 2.10.

2.2. COMPLESSITÀ MORFOLOGICA 33

Figura 2.9: La legge di Jarrett-O’Brien-Marchi. [D’Alpaos et al., 2009]

Figura 2.10: Le due diverse popolazioni distin-te per barene e bassifondi, in base al rapporto tra la larghezza del canale 2B e la profondità D. [Marani et al., 2002]

Capitolo 3

Idrodinamica

Lo scambio d’acqua e di sedimenti tra le diverse parti di un bacino a marea avviene generalmente tramite una rete di canali che si diparte dalla bocca e si innerva all’interno della superficie del bacino stesso. La conoscenza dei processi fisici che regolano la morfologia e l’evoluzione della rete di canali è fondamentale per comprendere sia l’idrodinamica del bacino, sia la dinamica dei sedimenti depositati o erosi nelle varie zone. La struttura della rete dei canali regola, infatti, l’evoluzione dell’intero ambiente a marea.

La forma e la funzione delle reti di canali a marea sono fortemente correlate all’estensione e alla quota delle porzioni del bacino lagunare adiacenti ai canali stessi, quali barene, bassifondi e piane subtidali, cosicchè queste strutture morfologiche sono tra loro interdipendenti, costituendo un sistema intrecciato [Montgomery and Dietrich, 1988; Rodriguez-Iturbe and Rinaldo, 1997]. L’estensione e la quota delle porzioni non canalizzate del bacino lagunare condizionano la propagazione dell’onda di marea, i flussi che transitano attraverso la rete di canali e il prisma di marea, influenzando quindi l’area liquida delle sezioni trasversali dei canali stessi [D’Alpaos et al., 2009; Jarrett, 1976; Marchi, 1990]. Appare pertanto evidente che processi che portino a variazioni dell’estensione e della quota delle porzioni non canalizzate del bacino, come ad esempio variazioni del tasso di incremento del medio mare relativo (Rate of Relative Sea Level Rise – RSLR nella letteratura anglosassone) o della disponibilità di sedimento, influenzino in modo importante la forma e la struttura dei canali a marea.

La distribuzione planimetrica delle reti di canali può assumere forme più o meno complesse, da rettilinee a meandriformi, a seconda delle caratteristiche specifiche del sito.

In questa trattazione la forma del canale viene ipotizzata rettilinea, così da semplificare l’applicazione delle equazioni dominanti e rendere più immediata

Figura 3.1: Conformazione planimetrica tipica di alcuni canali lagunari. [D’Alpaos, 2010a]

l’interpretazione dei risultati ottenuti.

Una delle caratteristiche principali della circolazione idrodinamica dei canali a marea è la periodicità del moto. I livelli di marea all’interno dei canali, le portate fluenti, e i volumi d’acqua che transitano attraverso le diverse sezioni, infatti, sono tipicamente generate dall’onda di marea la quale, nella fase ascendente (o fase di flusso, che culmina con il massimo di marea) invade e alimenta le diverse porzioni del bacino a marea, generando una corrente da mare verso terra, mentre nella fase discendente (fase di riflusso, che culmina con il minimo di marea) drena le suddette porzioni del bacino, generando una corrente da terra verso mare. In questo contesto, i canali rappresentano delle vie preferenziali attraverso le quali i flussi mareali, periodicamente, prima invadono e successivamente abbandonamo il bacino a marea. Questo tipo di flusso comporta che le velocità all’interno dei canali non siano uniformi all’interno del ciclo di marea, ma variabili in un intervallo compreso fra due picchi massimi, uno positivo (corrispondente alla fase di flusso) e uno negativo (corrispondente alla fase di riflusso). Idealmente questi picchi di velocità si presentano quando la marea attraversa il suo livello medio, detto anche mean

sea level (MSL), mentre le velocità si annullano istantaneamente quando la marea

raggiunge i suoi livelli estremi, detti anche high water level slack HWLS e low