Appunti di Idrobiologia

APPUNTI DI IDROBIOLOGIA

L’idrobiologia è la Disciplina che studia la biologia delle acque interne.

I fiumi sono uno degli ambienti più importanti e affascinanti nel nostro pianeta. Rappresentano uno dei

momenti più delicati del ciclo dell'acqua, un processo in cui essa scorre continuamente, scende dall'alto e

va verso la valle. Questo aspetto aveva colpito già Leonardo da Vinci il quale parlava di una specie di grande

flusso di acqua che continuamente va nel mare ma ai suoi tempi egli aveva sottostimato l'influenza

dell'energia volare su questo ciclo.

[APPROFONDIMENTO: Un FIUME è un sistema aperto caratterizzato dalla presenza di acqua

prevalentemente fluente che trasporta da monte a valle sedimento in organico, nutrienti disciolti e

particolati, sostanza organica punto un fiume è un ecosistema complesso a prevalente sviluppo

longitudinale che, da monte a valle, si modifica attraversando diverse facies (da crenon a potamon) La

complessità si manifesta in termini di diversità delle comunità presenti determinate, in primo luogo, dalla

diversità delle forme fluviali, dalla water force, dall’andamento temporale delle portate.]

L'acqua dolce è una piccola frazione del ciclo dell'acqua ed è vitale per l'uomo. Le acque dolci sono le acque

dei fiumi. Il nostro pianeta è formato da:

● OCEANI 96,5% ghiacciai

● GHIACCIAI 1,74%

● ACQUE SOTTERRANEE 1,70%

● LAGHI 0,014%

● FIUMI 0,0002%

APPROFONDIMENTO: IL CICLO DELL'ACQUA Il ciclo dell'acqua è la successione dei fenomeni di flusso e

circolazione dell'acqua all'interno dell' idrosfera terrestre e dei cambiamenti del suo stato fisico (liquida,

gassosa e solida), esso si riferisce ai continui scambi di massa idrica tra l'atmosfera, la terra, le acque

superficiali, le acque sotterranee e gli organismi. Oltre all’accumulo in varie zone (come gli oceani che sono

le più grandi zone di accumulo idrico), I molteplici cicli che compie l'acqua terrestre includono i seguenti

processi fisici: evaporazione, condensazione, precipitazione, infiltrazione, scorrimento e flusso sotterraneo.

Descrizione:

Non c'è un inizio e una fine nel ciclo idrologico: le molecole d'acqua si muovono in continuazione tra

differenti compartimenti, o riserve, dell' idrosfera terrestre mediante processi fisici. L'acqua evapora dagli

oceani, forma le nuvole dalle quali l'acqua torna alla terra. Non è detto, tuttavia, che l'acqua segua il ciclo

nell'ordine: prima di raggiungere gli oceani l'acqua può evaporare, condensare, precipitare e scorrere molte

volte.

1. L’ evaporazione: è il trasferimento dell'acqua da corpi idrici superficiali nell’atmosfera. Questo

trasferimento implica un passaggio di Stato dalla fase liquida alla fase vapore. Nell’evaporazione

viene inclusa anche la traspirazione delle piante; In tal modo ci si riferisce a questo trasferimento

come evapotraspirazione. Il 99% dell’acqua atmosferica proviene dall’evaporazione, mentre il

rimanente 1% dalla traspirazione punto

2. La condensazione: per condensazione di solito intendiamo il passaggio dallo stato gassoso a quello

liquido, ma nel ciclo idrologico o dell'acqua sarebbe il vapore acqueo che forma piccolissime

particelle che a loro volta formano le nubi .

3. La precipitazione: è costituita da vapore acqueo che si è prima condensato sotto forma di nuvole e

che cade sulla superficie terrestre . Questo avviene soprattutto sotto forma di pioggia, ma anche di

neve, grandine, rugiada, brina o nebbia.

4. L'infiltrazione: è la transizione dell'acqua dalla superficie alle acque sotterranee punto li quota di

infiltrazione dipende dalla permeabilità del suolo o della roccia e da altri fattori. Le acque

sotterranee tendono a muoversi molto lentamente, così l'acqua può ritornare alla superficie dopo

l’accumulo in una falda acquifera in un lasso di tempo che può arrivare al migliaio di anni in alcuni

casi. L'acqua ritorna alla superficie ad altezza inferiore a quella del punto di infiltrazione, sotto

l'azione della forza di gravità e delle pressioni da essa indotta.

5. Lo scorrimento include tutti i modi in cui l'acqua superficiale si muove in pendenza verso il mare.

L'acqua che scorre nei torrenti e nei fiumi può stazionare nei laghi per un certo tempo virgola non

tutta l'acqua ritorna al mare per scorrimento; Gran parte evapora prima di raggiungere il mare o un

acquifero

6. Il flusso sotterraneo include il movimento dell'acqua all'interno della terra sia nelle zone insature

che negli acquiferi punto dopo l'infiltrazione l'acqua superficiale può ritornare la superficie

scaricarsi in mare.]

Quando si parla di ecologia fluviale bisogna assolutamente fare una distinzione tra:

● AMBIENTI LENTICI: acque ferme, ambienti fissi del territorio , stabili. In questi ambienti il ricambio

dell'acqua è lento. Per le acque lentiche ci sono due gradienti principali: radiale ovvero le zone

omogenee vengono rappresentate dalla riva alla zona centrale e verticale ovvero prendendo in

considerazione la profondità.

● AMBIENTI LOTICI: acque dinamiche del territorio, come per esempio i fiumi. Per le acque lotiche

poco profonde esistono due gradienti per tutte le altre tre ingredienti: longitudinale ovvero

modificazioni del corso d'acqua dalla sorgente alla foce; trasversale ovvero modificazioni dalle rive

al centro; verticale ovvero prendendo in considerazione la profondità la quale è importante in

grandi fiumi profondi.

I fiumi modellano il paesaggio e le regioni, raccolgono, metabolizzano e distribuiscono sostanze organiche e

nutrienti sull'intero territorio. Questo avviene in tre passaggi fondamentali:

● EROSIONE

● TRASPORTO VARIANO SEMPRE

● DEPOSITO

I fiumi ospitano comunità biologiche uniche (pesci, cozze, idre ovvero parenti dei coralli, poriferi). Tutti i

fiumi possono avere ambienti diversi tra loro e anche diversità tra i loro segmenti.

ASTA FLUVIALE le acque di precipitazione confluiscono in linea d’impluvio dette ASTE FLUVIALI, cioè solchi

che incidono il territorio e convogliano le acque al mare punto

I fiumi hanno un andamento dendritico, cioè a forma di rami, quindi ogni tratto costituisce un’asta fluviale.

Tante aste costruiscono il RETICOLO IDROGRAFICO e il BACINO IMBRIFERO con aste fluviali di diverso

ordine.

[APPROFONDIMENTO: la porzione di terra emersa che contribuisce con le sue acque ad alimentare un

fiume un torrente ne costituisce il bacino idrografico o imbrifero. Questo bacino è delimitato DALLA LINEA

DI SPARTIACQUE (detta anche LINEA DI SPLUVIO) che lo separa

dai bacini e decenti e racchiude al suo interno un SISTEMA

FLUVIALE o RETICOLO IDROGRAFICO, formato dal corso

d'acqua principale e da tutti gli AFFLUENTI.]

L'ordine delle aste fluviali viene indicato con numeri romani, è

un modo gerarchico per capire la grandezza del fiume (solo a

parità di ordine): I, II, III e così via. Esistono diversi ordini:

● Tratto di basso ordine: c'è la presenza di rocce, massi (es. le sorgenti) nel grafico a destra indicati

con I

● Tratto di medio ordine esempio fiume Bormida (Piemonte) nel grafico indicato con II

● Tratto di alto ordine esempio fiume Po nel grafico indicato con III

BACINO IMBRIFERO area di territorio che in via acque di precipitazione in un determinato reticolo; è

quella regione che per ragioni morfologiche, raduna e invia le acque.

[APPROFONDIMENTO: il bacino idrografico ed il sistema fluviale o reticolo idrografico su di esso impostato

rappresenta unità spaziale ben definita e costituisce il punto di partenza di qualunque analisi delle

caratteristiche morfologiche ed è l'evoluzione dei corsi d'acqua in esso presenti. La scala del bacino

idrografico va considerata relativamente a due aspetti cruciali:

a. Condizioni al contorno imposte (imposed boundary conditions): sono rappresentate dall’energia

del rilievo, le pendenze, topografia e la morfologia delle valli, eccetera ;

b. Condizioni al contorno di flusso liquido e solido (flux boundary conditions), vale a dire le cosiddette

variabili guida del sistema (portate liquide solide), in quanto è alla scala di bacino che avvengono i

processi che le generano e che ne caratterizzano il regime.

All'interno di uno stesso bacino idrografico, è utile spesso operare una ulteriore suddivisione in sotto bacini

i quali possono avere caratteristiche fisiche differenti. Per tale motivo, l'interpretazione dei

condizionamenti sulle caratteristiche morfologiche dei corsi d'acqua in alcuni casi può essere meglio

inquadrata alla scala dei sotto bacini.]

Il professor Ghetti dell'università di Parma e rettore della stessa, ipotizzò che il reticolo idrografico funziona

come l'apparato circolatorio e l'apparato escretore. Il fiume ha un'ottima capacità di recupero e la

lunghezza del nostro viale è proporzionale all'area del bacino imbrifero drenato.

[APPROFONDIMENTO: il sistema fluviale che fa parte di un bacino idrografico può essere idealmente

suddiviso in tre zone:

1. La zona uno rappresenta la porzione alta del bacino, nella quale prevalgono i processi che

determinano la produzione dei sedimenti come erosione e frane;

2. La zona due, caratterizzata prevalentemente dal trasferimento dei sedimenti verso valle da parte

dei corsi d'acqua principali del sistema;

3. La zona tre costituisce la porzione più valliva del bacino geografico e rappresenta l'area di

prevalente accumulo dei sedimenti

I corsi d'acqua coinvolgano sedimenti dalle zone sorgenti nelle porzioni alta del bacino attraverso la zona di

trasferimento, alle pianure alluvionali che rappresentano le zone di accumulo. Tale suddivisione riflette la

prevalenza, in una delle tre zone, di una delle tre principali categorie di processi: erosione (produzione di

sedimenti), trasporto solido (trasferimento dei sedimenti verso valle), sedimentazione (immagazzinamento

di sedimenti). Secondo tale schema idealizzato, il corso d'acqua è paragonabile ad un nastro trasportatore:

una sua funzione essenziale è quella di trasferire sedimenti dalle zone di origine dette VERSANTI verso le

zone di recapito finale del sistema. Tuttavia, le tre categorie di processi agiscono, in misura diversa, in ogni

tratto del sistema fluviale, in particolar modo nei tratti in cui il corso d'acqua e di tipo alluvionale a fondo

mobile, dove si realizzano continui scambi di sedimenti tra le sponde ed il fondo.]

′ 0,6

= 1,4 ×

Bisogna fare una distinzione anche tra DESTRA E SINISTRA IDROGRAFICA cioè i due lati del fiume. Per

capire quale sia la destra e quale la sinistra bisogna osservare ponendosi con lo sguardo verso valle e la

schiena verso le sorgenti, seguendo cioè il movimento dell'acqua.

ALVEO è la porzione di territorio occupato dal corso d'acqua (letto del fiume). Non è fisso ma si amplia e

si restringe a seconda della portata: in condizioni di

● MAGRA quando l'alveo è ridotto, ci possono essere due tipi di livello minimo:

o MAGRA ESTIVA scarsità di precipitazioni

o MAGRA INVERNALE scarsità di precipitazioni piovose

● MORBIDA quando la portata è media

● PIENA quando la portata è notevole e può esserci anche un caso in cui viene definita PIENA

ECCEZIONALE

[APPROFONDIMENTO: per quanto riguarda le dimensioni dei corsi d'acqua, esse aumentano

sistematicamente attraverso il sistema fluviale al crescere dell’area di drenaggio e quindi delle portate

liquide. Secondo uno schema di suddivisione degli alvei in base alla larghezza rispetto al diametro medio dei

sedimenti presenti tu sul fondo si possono distinguere:

1. Alvei di piccole dimensioni o corsi d'acqua piccoli (small channels), con il fondo costituito da

materiale grossolano e larghezza compresa tra uno e dieci volte circa le particelle presenti sul

fondo;

2. Alberi di medie dimensioni o corsi d'acqua intermedi (intermediate channels), quando la larghezza

dell' alveo è superiore a 10 volte le particelle presenti sul fondo, ma possono essere ancora

influenzati da sbarramenti naturali di sedimenti o di tronchi che possono occupare una porzione

significativa della loro sezione (è difficile fornire dei limiti assoluti, ma nella maggior parte dei casi

nelle regioni boscate il limite superiore di larghezza di questa classe intermedia può collocarsi tra

20 e 30 m);

3. Alvei di grandi dimensioni o corsi d'acqua grandi (large channels), sono quelli in cui la larghezza è di

gran lunga superiore (vari ordini di grandezza) rispetto alle dimensioni granulometriche dei

sedimenti e non esistono vincoli laterali che condizionano la forma e le dimensioni della sezione (in

molti ambienti il passaggio ad alvei di grandi dimensioni avviene per larghezza al di sopra di 20-30

m e portate formative a partire da circa 20-50 m³/s).

Le caratteristiche principali di un fiume da prendere in considerazione sono:

● Profilo (erosione, trasporto, deposito)

● Portata

● Regime

● Coefficiente di deflusso ovvero il rapporto tra il deflusso cioè volume di acqua che esce attraverso

una sezione nell’unità di tempo e l’afflusso meteorico cioè le precipitazioni

● Velocità]

MEANDRO ampia sinuosità del tracciato fluviale, Tipica dei tratti planiziali punto i meandri sono legati alla

FORZA DI CORIOLIS e sono originati dalla forza centrifuga della corrente e dall’erosione dei terreni a

granulometria media e fine.

VELOCITÀ DELLA CORRENTE: è la forza model attrice di fiumi, si calcola con la FORMULA DI MANNING

0,66 0,5

(ℎ )

×

=

● S = pendenza dell' alveolo

● N = rugosità del fondo

● Rh = raggio idraulico

Considerata una certa pendenza e una certa portata, la velocità sarà tanto maggiore quanto minore è la

-1

profondità della colonna d'acqua. Si misura in ms (metri al secondo). la velocità è maggiore presso la

superficie rispetto al fondo e al centro della sua fluviale rispetto ai bordi.

PORTATA Quantità d'acqua che passa in un secondo attraverso la sezione del fiume, a parità con la

portata c'è il REGIME FLUVIALE ovvero il modo in cui le portate del fiume variano nel tempo.

I principali regimi idrologici presenti nel nostro paese sono:

● REGIME PLUVIALE: apporto idrico legato le piogge, la portata raggiunge un massimo principale in

primavera e uno secondario in autunno

● REGIME PLUVIONNALE: scioglimento delle nevi de poste durante l'inverno

● REGIME NIVOGLACIALE

Ci sono tre tipi di sistemi fluviali:

● Fiumi PERENNI: sono presenti tutto l'anno, l'acqua è sempre presente

● Fiumi INTERMITTENTI: in rapporto con falda; sono presenti nelle regioni mediterranee e sono

presenti tra il 20/80% dell'anno

● Fiumi EFFIMERI: sono presenti solo un mese all'anno, si trovano nelle regioni aride , l'altezza di

profondità e bassa e non è alimentato dalle acque sotterranee. – 20%

CORRENTE FLUVIALE l'acqua si muove: le caratteristiche ambientali e biologiche dei sistemi lotti ci sono

plasmate dalla corrente. L'energia di un torrente o di un fiume è legata al volume dell'acqua e dalla velocità

della corrente ed è importante perché legata all’attitudine dei fiumi di trasportare materiali e di scavare le

proprie valli. 2

= × à

L'energia del fiume viene in parte dissipata e assorbita dall' attrito con il letto fluviale ed al trasporto di

materiale solido, per cui la formula può essere: 2

( ) (

= × à − + )

I processi fluviali dipendono dalla CURVA DI HJULSTROM (1939) che permette di calcolare la velocità media

della corrente (m/s) prendendo in considerazione le dimensioni della particella (mm). La stessa particella, a

seconda del movimento dell'acqua può essere:

● Portata via (EROSIONE) attraverso un processo di sottrazione di materiali dall’ alveo o dalle sponde

● Trasportata (TRASPORTO): alcuni elementi vengono trasportati dal fiume e il trasporto può

avvenire in quattro diversi modi:

o PER FLOTTAZIONE attraverso i rami o tronchi

o IN SOSPENSIONE attraverso il limo, la sabbia e l’argilla

o IN SOLUZIONE attraverso sostanze organiche e inorganiche disciolte esempio sali

minerali, soluzioni inquinanti eccetera

o PER SALTAZIONE attraverso materiali più pesanti che vengono trascinati sul fondo, dove

rotolano e procedono con piccoli salti

● Depositata (DEPOSITO): quando si esaurisce l'energia delle acque, viene depositato materiale

dando origine ai sedimenti fluviali.

Caratteristiche della zona di erosione e di deposito:

● EROSIONE: velocità della corrente elevata, acque ben ossigenate, organismi adatti alle forti

correnti;

● DEPOSITO: velocità di corrente bassa, basso contenuto di O₂, organismi adatti a deboli correnti.

Peso e dimensioni del materiale incidono sul pattern ecc. I fiumi tendono ad avere un profilo di equilibrio:

ALTEZZA PROBLEMA DI EROSIONE REGRESSIVA

DISTANZA DALLA SORGENTE

I SISTEMI LOTICI: fattori ambientali

- CHIMISMO DELLE ACQUE FLUVIALI: la quantità chimica delle acque superficiali dipende da

numerosi fattori quali:

La composizione chimica dell'acqua meteorica

Le caratteristiche ecologiche e geologiche del bacino imbrifero

Le attività dell'uomo

- CARICO O CACHET NATURALE Caratteristico di una Reg