Dinamica di un alveo fluviale antropizzato: il Fiume Sieve (Toscana)

I numerosi interventi di sistemazione idraulica che hanno interessato in tempi storici i principali corsi d’acqua della Toscana e di molte altre parti d’Italia ne hanno molto spesso profondamente mutato la loro configurazione morfologica originaria. E’ tuttavia l’incremento di antropizzazione relativo agli ultimi decenni ad aver determinato spesso le maggiori modificazioni morfologiche degli alvei, in termini di degradazione del fondo e di instabilità delle sponde, e ad aver accentuato i rischi connessi ai vari aspetti della dinamica fluviale (Cap.1). Il Fiume Sieve, oggetto della tesi, è rappresentativo di numerose situazioni presenti in Toscana, relativamente alle condizioni geologiche e geomorfologiche del bacino e del fondovalle, alla configurazione morfologica naturale dell’alveo, al tipo e grado di condizionamento antropico. Tali aspetti sono sinteticamente presi in esame (Cap.2), ai fini di inquadrare il contesto generale nel quale il fiume studiato si inserisce. Gli effetti dell’antropizzazione sono trattati da un punto di vista generale prendendo in esame le variazioni morfologiche indotte da interventi o attività antropiche, e facendo particolare riferimento ai processi erosivi indotti dagli interventi in alveo più comuni tra i fiumi della Toscana (tagli di meandro, canalizzazioni, estrazione di inerti, dighe). Vengono successivamente prese in esame (Cap.3) le caratteristiche geologiche, geomorfologiche, climatiche ed idrologiche generali del bacino del Fiume Sieve, cui segue un inquadramento dell’alveo fluviale. Particolare risalto viene dato ai rapporti storici tra uomo e ambiente, trattando in particolar modo le sistemazioni idrauliche che hanno interessato nel corso dei secoli le aree di fondovalle, guidate quasi sempre dalla necessità di difesa dalle piene. Lo studio dei caratteri morfologici si è articolato in due fasi principali (Cap.4). La prima, di caratterizzazione dello stato attuale dell’alveo, è partita dalla fotointerpretazione, il rilevamento diretto e la restituzione cartografica di elementi naturali ed artificiali dell’alveo e della pianura. La seconda fase ha riguardato lo studio delle variazioni morfologiche dell’alveo in tempi storici e recenti, ed è stata condotta prevalentemente attraverso ricerca di documenti cartografici storici, risultata utile per definire la forma dell’alveo in condizioni relativamente naturali ed il livello di condizionamento antropico subìto. Il confronto tra profili altimetrici ha messo in evidenza un abbassamento generalizzato del fondo nel tratto del Mugello. Vengono poi trattati gli aspetti geomorfologici generali relativi ai processi di erosione di sponda (Cap.5). Vengono descritte alcune tecniche di dendrocronologia, applicate in una serie di situazioni rappresentative, utili nel dare indicazioni sui processi di erosione e di sedimentazione in atto. Sulla base delle informazioni ed osservazioni di campagna e delle indicazioni tratte dalla dendrocronologia, e facendo riferimento a casi riportati in letteratura, viene definito un modello geomorfologico concettuale delle sponde del Fiume Sieve. Per la caratterizzazione geotecnica dei terreni che costituiscono le sponde, sono stati selezionati 14 punti rappresentativi, in corrispondenza dei quali sono state eseguite prove in situ (BST: Borehole Shear Test) e sono stati prelevati campioni indisturbati per le prove di laboratorio (analisi granulometriche, prove triassiali) (Cap.6). Vengono poi stimate, in una serie di tratti rappresentativi, le portate associate a diversi tempi di ritorno, le relative altezze idrometriche e, sulla base di queste ultime, i principali parametri idraulici della corrente (Cap.7). Le relazioni tra portate ed altezze idrometriche in corrispondenza delle sezioni rappresentative sono ottenute applicando l’equazione di moto uniforme e ricostruendo così la scala delle portate per ognuna delle sezioni. Ai fini di analizzare le caratteristiche granulometriche dell’alveo fluviale sono stati effettuati una serie di campionamenti riguardanti ognuna delle principali unità fisiografiche (riffle, pool, barra, sponda) (Cap.8). Il controllo esercitato dagli affluenti sul trasporto solido dell’alveo principale è inoltre preso in esame attraverso la valutazione delle condizioni di erosione o di sedimentazione del loro tratto terminale e l’individuazione delle principali aree sorgenti di sedimenti nel bacino. Le situazioni e i meccanismi di instabilità delle sponde più frequentemente riscontrati lungo il fiume sono analizzate da un punto di vista geotecnico ed idraulico (Cap.9). Si è messo in evidenza come i principali meccanismi di instabilità dipendano fortemente dalle variazioni del regime delle pressioni interstiziali durante le piene. Essi sono stati pertanto esaminati in condizioni di magra, di invaso e di svaso della piena, adottando un opportuno modello geotecnico per la previsione del regime delle pressioni interstiziali. L’analisi geotecnica della stabilità delle sponde è stata complessivamente impiegata per ottenere delle relazioni fra altezza e pendenza delle sponde. L’analisi idraulica ha permesso di ricavare le altezze d’acqua critiche che determinano l’inizio del moto dei depositi ghiaiosi alla base della sponda. E’ infine preso in esame il controllo idraulico sulle distribuzioni granulometriche dei sedimenti in base all’analisi dei dati idraulici e granulometrici disponibili (Cap.10). Ai fini di indagare sulle condizioni idrauliche della corrente capaci di modificare la forma dell’alveo e rimuovere i sedimenti del fondo, è stato valutato lo sforzo di taglio critico di inizio del moto dei sedimenti. Le correlazioni tra parametri idraulici e granulometrici sono discusse anche sulla base di tale analisi.