Morfometria dei bacini idrografici

Si definisce bacino idrografico la porzione di territorio delimitato da una linea di impluvio (spartiacque topografico), che raccoglie tutte le acque passanti attraverso una determinata sezione di chiusura di un corso d’acqua principale.

All’interno del bacino si estende un reticolo idrografico caratterizzato da una serie di aste fluviali secondarie che affluiscono in un’asta principale. Le sezioni di chiusura delle aste secondarie, che corrispondono al punto d’immissione con l’asta principale, vanno ad identificare una serie di bacini secondari o sottobacini idrografici.

In linea generale, le caratteristiche di un bacino idrografico si possono suddividere in alcuni gruppi che hanno un’influenza diretta sullo scorrimento superficiale delle acque, sulla produzione di sedimento e sui processi di trasporto/deposizione. Tali

caratteristiche sono riassumibili in: morfometria dei bacini, geologia e condizioni geomeccaniche degli ammassi, copertura vegetale e uso del suolo, dinamica dei versanti e azioni antropiche.

Le caratteristiche morfometriche di un bacino ne esprimono essenzialmente le dimensioni planimetriche, la forma, il rilievo, la struttura della rete idrografica e i tempi di percorrenza delle acque.

Le dimensioni planimetriche sono rappresentate dall’estensione areale del bacino, dal perimetro, corrispondente alla linea di spartiacque, da una quota altimetrica (min – med – max), dalla lunghezza dei versanti e dalla lunghezza delle aste. Inoltre, dal rapporto fra la lunghezza totale delle aste e l’area del bacino si ottiene la densità di drenaggio. La densità di drenaggio ha generalmente valori molto alti nelle aree interessate da terreni impermeabili, perché su essi il reticolo idrografico si presenta molto ramificato, e viceversa, molto contenuti per le aree in cui ricadono terreni permeabili. Diminuisce all’aumentare del grado di copertura vegetale del bacino idrografico perché il processo di infiltrazione nel suolo risulta favorito rispetto al deflusso superficiale.

Per caratterizzare la forma dei bacini idrografici sono proposti in letteratura diversi parametri, strettamente correlati fra loro, che essenzialmente misurano il grado di allungamento del bacino.

 Rapporto di circolarità (Rc) - E’ il rapporto tra l’area A del bacino e l’area del cerchio di perimetro P uguale a quello del bacino.

𝑅𝑐 =4𝜋𝐴 𝑃2

Per Rc = 1 si avrà una forma circolare, mentre per Rc < 1 una forma non circolare.

Coefficiente di uniformità (Cu) o di Gravelius (φ) - E’ il rapporto tra il perimetro P del bacino e la circonferenza del cerchio di eguale area A.

𝐶𝑢 = 𝑃

2√𝜋 ∙ 𝐴 Per φ = 1 forma tondeggiante

Per 1 < φ < 1,25 forma rotonda – ovale rotonda

Per 1,25 < φ < 1,5 forma ovale rotonda – ovale allungata

 Fattore di forma (Ff) - E’ il rapporto tra l’area A del bacino e il quadrato della lunghezza L dell’asta fluviale principale; dà una indicazione della sinuosità del corso d’acqua.

𝐹𝑓 = 𝐴 𝐿2

 Rapporto di allungamento (Ra) - E’ definito come il rapporto tra il diametro del cerchio di uguale area A e la lunghezza L dell’asta fluviale principale.

𝑅𝑎 = 2 √𝐴 𝐿√𝜋

L’informazione morfo-altimetrica di un bacino (curve di livello - isoipse) consente di determinare l’altitudine media del bacino, la pendenza media dei versanti e dell’asta principale e l’esposizione dei versanti.

Per valutare l’altitudine media di un bacino si suddivide la sua superficie in aree parziali comprese tra due curve di livello, e a ciascun’area si assegna una sua quota media. Quindi l’altitudine media è ricavata facendo la media pesata della sommatoria delle quote per le aree parziali diviso l’area totale.

𝐻𝑚𝑒𝑑 = ∫ 𝐻𝑖 ∙ 𝐴𝑖_{𝐴𝑡𝑜𝑡}

L’andamento altimetrico di un bacino è descritto dalla curva ipsografica che fornisce la distribuzione delle superfici alle diverse quote. Si ottiene riportando in un diagramma cartesiano i punti le cui coordinate rappresentano l’area totale (cumulata) delle porzioni di bacino che si trovano al di sopra della quota considerata. Quindi sulle ordinate si rappresentano le quote, riferite generalmente alla sezione di chiusura, mentre sulle ascisse si indicano le cumulate delle aree percentuali del bacino alle diverse quote. Ovviamente alla quota massima corrisponde una superficie nulla mentre, alla quota minima, che è quella della sezione di chiusura, corrisponde la superficie dell’intero bacino.

La curva ipsografica può essere realizzata in forma dimensionale, sostituendo alle quote il rapporto tra ogni singola quota e la quota massima e alle superfici il rapporto tra l’area al di sopra di una quota e l’area totale del bacino. In questo caso prende il nome di Curva ipsometrica.

La forma di tale curva dà delle indicazioni circa il grado di evoluzione del bacino e, in corrispondenza dei punti di flesso maggiori, si potrebbe dedurre un cambio litologico significativo o la presenza di una discontinuità strutturale.

Per valutare la pendenza media dei versanti è stato utilizzato il metodo di Alvard- Horton che consiste nel misurare la lunghezza totale (L) delle curve di livello comprese nel bacino, moltiplicarla per l’equidistanza Δz tra un’isoipsa e l’altra e infine divedere il risultato per l’area A del bacino.

𝑖_𝑚= 𝛥𝑧 ∙ 𝐿 𝐴

Per valutare la pendenza media dell’asta principale si va a calcolare il rapporto, mediante la costruzione della retta di compenso del profilo longitudinale del corso d’acqua, tra l’altezza del triangolo rettangolo che si forma (cateto minore) e la lunghezza della base del triangolo (cateto maggiore). In questo modo si ottiene la tangente dell’angolo opposto e di conseguenza la percentuale di pendenza, facilmente trasformabile in gradi mediante arcotangente.

Un parametro utilizzato in alcuni modelli concettuali afflussi/deflussi, è il Tempo di corrivazione, cioè il tempo impiegato da una goccia d’acqua, in un punto del bacino, per arrivare alla sezione di chiusura. Tra le numerose formule esistenti, una delle più utilizzate, e particolarmente adatta ai bacini montani, è quella proposta da Giandotti che fornisce il tempo di corrivazione del bacino, espresso in ore, in base alle sue caratteristiche morfometriche: area A in km2, lunghezza massima di corrivazione L in km e altezza media Hm in metri.

𝑇𝑐 =4 √𝐴 + 1,5𝐿 0,8√𝐻𝑚