Sistemazione dei bacini idrografici

Sistemazione dei bacini idrografici

Con sistemazione dei bacini idrografici intendo l'insieme di interventi e regole che migliorano il controllo, la gestione e la regimazione dell'acqua, così da raggiungere un suo uso più razionale e sostenibile ed una maggiore protezione del territorio. Ciò interessa quindi non solo il corso d'acqua, ma l'intero bacino idrografico. Questo perché le acque non regimate e controllate possono andare a causare ristagno idrico, esondazioni o erosione superficiale.

Interventi competenti questa disciplina possono essere interventi sull'irrigazione, sulla produzione di energia, interventi di drenaggio e bonifica idraulica, strutturali di difesa del suolo, bonifica montana.

Definizione di bacino idrografico

Il bacino idrografico è l'area che raccoglie tutte le acque che, scorrendo nella rete idrografica, defluiscono attraverso una sezione di chiusura. Definisco bacino idrografico principale il bacino che ha come sezione di chiusura lo sbocco a mare; bacino idrografico secondario il bacino di un corso d'acqua affluente del corso principale.

Elementi del bacino idrografico

All'interno di un bacino distinguo:

• Rete idrografica: Insieme di collettori (naturali e artificiali) all'interno del bacino che raccolgono i deflussi idrici superficiali liquidi e solidi convogliandolo alla sezione di chiusura.
• Versanti: Le superfici latistanti la rete sulle quali si vanno ad accumulare le precipitazioni che recapitano nella rete.

Secondo il prof. Ferro, il bacino è l'entità costituita dalla proiezione orizzontale della superficie scolante sottesa ad una fissata sezione trasversale di un corso d'acqua. Per delimitare la superficie di un bacino si usa una cartografia idonea dal punto di vista dimensionale e di approssimazione. Prima si usavano le carte dell'IGM, oggi si usano le loro versioni digitali o la cartografia reperibile nei geoportali regionali.

Delimitazione del bacino

Sul supporto delimito il bacino considerando alcune linee e punti caratteristici:

• Spartiacque: È il perimetro del bacino, esso interseca perpendicolarmente le isoipse. È il luogo dei punti da dove si originano le linee di massima pendenza. Si ottiene imponendo il passaggio della linea per i punti di sella e per il punto di vetta. Chiaramente sui versanti opposti dello spartiacque l'acqua fluirà in direzione opposta.
• Fosso: Linea ottenuta congiungendo i punti del fondo alveo di un corso d'acqua.
• Punto di vetta: Punto del bacino con quota massima.
• Punti di sella: Punti che sono compresi tra due rilievi adiacenti.
• Punto di conca: È la sezione di chiusura.

Importanti bacini idrografici in Italia

Il bacino italiano più grande è quello del Po: ha un'estensione di 74,000 km², comprende 3,200 comuni con oltre 16 milioni di abitanti, e racchiude 141 sottobacini. Nasce sul Monviso, a Crissolo, e sfocia nell'Adriatico con una foce a delta (che si suddivide in più corsetti d'acqua, l'opposto è la foce ad estuario, che è un solo canale che va in mare).

Un altro bacino importante è quello del Lago Maggiore, che ha un'estensione di 6,060 km², con 210 km² di lago e 4 tributari: Ticino, Toce, Maggia e Tresa.

Parti di un bacino idrografico

Un bacino, morfologicamente, si può suddividere in:

• Bacino di raccolta: È la parte che produce sedimenti e deflusso, è quindi la parte situata più in alto.
• Canale di trasferimento: Dove avviene il deflusso idrico e dei sedimenti.
• Conoide di deiezione: È dove il flusso viene recapitato al recipiente e dove si accumulano i detriti. È un conoide alluvionale o una zona deltizia.

Caratteristiche morfometriche del bacino

La morfometria è una seconda elaborazione dei dati ricavati dalla topografia che mi permette di ricavare vari indici morfologici, ossia indici che mi danno indicazioni sulla forma del bacino. Le caratteristiche planimetriche di un bacino mi permettono di descriverne l'andamento planimetrico e possono essere misurate con una certa precisione se il bacino è stato efficacemente delimitato. Queste sono:

• Superficie (area) S (A): È la proiezione orizzontale della superficie compresa nello spartiacque [km²;ha].
• Perimetro P: Lunghezza dello spartiacque [km].
• Lunghezza dell'asta principale La: Dalla sorgente o dallo spartiacque alla sezione di chiusura [km].
• Lunghezza complessiva della rete di drenaggio L: [km].
• Densità di drenaggio d: d=L/A [km/km²].

Indici morfometrici

I parametri morfometrici nominati prima sono invece:

• Fattore o indice o rapporto di forma (di Horton): Ff=A/La² mi indica il grado di sinuosità dell'asta principale.
• Rapporto di circolarità: Rc=A/A del cerchio di uguale perimetro Rc=4πA/p² più si avvicina ad 1 e più il bacino è circolare.
• Rapporto o indice di compattezza (di Gravelin): Rg=P/Pc, con Pc circonferenza del cerchio di area A Rg=0.28P/√A se Rg=1 allora il bacino è tondo, se 1<Rg<1.25 il bacino è rotondo-ovale rotondo, se 1.25<Rg<1.5 il bacino è ovale rotondo-ovale allungato, se 1.5<Rg<1.75 il bacino è ovale allungato-rettangolare bislungo.

Curva ipsografica

La curva ipsografica è una curva che mi dice com'è distribuita la superficie nelle diverse fasce altimetriche. Il suo integrale è quindi il volume del rilievo. Il rapporto tra volume e area del bacino mi dà l'altitudine media hm.

Caratteristiche orografiche del bacino

Le caratteristiche orografiche del bacino sono:

• Rilievo del bacino [m]: Hb=h punto di vetta (h_max) - h punto di conca (h₀).
• Altezza media o elevazione [m]: Hm=hm-h₀.
• Altitudine mediana [m s.l.m.]: h_med=h(0.5A) in corrispondenza della metà del bacino sulla curva ipsografica.

Caratteristiche di pendenza

Le caratteristiche di pendenza sono:

• Pendenza media dell'asta [%]: ia=(h max asta principale – h₀)/La.
• Pendenza media del bacino [%]: ib=Hb/La.
• Pendenza di una fascia altimetrica i-esima: ii=Δh/d_i, con Δh equidistanza delle isoipse e d_i larghezza della fascia tra le due isoipse. Chiamo l_i la lunghezza della linea che passa in mezzo alla fascia A_i=l_i*d_i ii=l_i*Δh/A_i.
• Pendenza media dei versanti: im=L*ΔH/A.

Caratteristiche e tratti di un corso d'acqua

Le caratteristiche di un corso d'acqua variano dipendentemente dal tratto, esso infatti viene generalmente suddiviso in 3 tratti:

• Tratto montano: Pendenze elevate, sezione stretta e profonda, regime torrentizio e grandi dimensioni del materiale trasportato.
• Tratto medio-vallivo: Pendenze meno elevate, con un alveo poco profondo, ramificato, regime fluviale e minori dimensioni del materiale trasportato.
• Tratto vallivo: Poco pendente, tortuoso, meandriforme, con una sezione larga e poco profonda, regime fluviale e dimensioni ridotte del materiale trasportato.

Il profilo longitudinale di un corso d'acqua è spesso rappresentato su scale 1:25000/1:2000, con scale di grandezza diverse sui due assi in modo da poterlo rappresentare interamente su un foglio, sul quale riporto anche tutte le sue caratteristiche. Le sezioni trasversali sono invece rappresentate su carte a scala minore (1.2000/1:200), ma possono anche loro avere scale differenti sui due assi.

Costituzione del terreno

Definisco terreno (o suolo) lo strato superficiale della crosta terrestre, spesso centimetri, risultato della degradazione fisica e alterazione chimica della roccia madre. Non ha caratteristiche omogenee nello spazio e nel tempo. Un terreno è vegetale se su di esso ci agiscono anche processi biologici e organici; un terreno è agrario se è un terreno vegetale sul quale l'uomo ha operato per poter coltivare specie vegetali. In passato la coltivazione aveva finalità di sostentamento, oggi ha finalità economiche.

Il terreno agrario ha 3 finalità fondamentali:

• Sostegno alla pianta.
• Serbatoio delle sostanze chimiche necessarie alla pianta per vivere.
• Di mezzo attivo: Fissa ed elabora i principi nutritivi necessari alla pianta.

Sostanzialmente, un terreno è costituito da:

• Scheletro: È la parte di terreno che non passa al vaglio di un setaccio con fori di diametro pari a 2 mm. Convenzionalmente lo scheletro viene suddiviso in ciottoli (d>10 mm), ghiaia (d compreso tra i 5 e i 10 mm) e ghiaietto (d compreso tra i 2 e i 5 mm). È insieme alla sabbia la parte inerte del terreno, che quindi funge da supporto alle parti fini, consentendo il passaggio di acqua e aria. In teoria, a seguito delle varie lavorazioni, nel terreno agrario non dovrebbe essercene, ma in realtà un po' ne rimane.
• Terra fine: È l'insieme di sabbia (d compreso tra 0.02 e 2 mm, si suddivide a sua volta in sabbia grossa, con d compreso tra 0.2 e 2 mm, e sabbia fine, con d compreso tra 0.2 e 0.02 mm), limo (con d compreso tra 0.002 e 0.02 mm) e argilla (con d<0.002 mm) è ciò che passa al vaglio del setaccio 2 mm. L'argilla è importante sia dal punto di vista chimico, perché fissa molte sostanze utili, che fisico, poiché aggrega le particelle consentendo la formazione della tessitura del terreno. La composizione della terra fine definisce la tessitura di un terreno.
• Sostanza organica (humus): È una miscela di sostanze provenienti dalla decomposizione degli organismi vegetali e animali. È una sostanza bruna, porosa, omogenea, leggera, igroscopica e ricca di nutrienti per le piante (tra cui N, P, K e Ca). Esso assolve a due principali funzioni:
  • Serbatoio per la nutrizione vegetale svolto dalla parte di humus detta inattiva, ossia proveniente da processi di tipo aerobio-fungino.
  • Stabilizzazione della struttura del terreno: lega assieme i vari componenti mediante i diversi acidi che contiene. È svolto dalla parte di humus detta attiva, proveniente da processi di tipo aerobio e anaerobio batterici.
• Aria e acqua: Si trovano nei pori del terreno. L'aria è detta interstiziale, è ricca di vapore e CO₂ ed è fondamentale per la respirazione radicale, permettendo lo svolgimento dei processi da parte dei batteri aerobici. L'acqua è ricca di sostanze nutritive per le piante e fondamentale per la loro sopravvivenza. Svolge inoltre una funzione termoregolatrice esplicata attraverso l'evapotraspirazione.

Proprietà fisico-meccaniche del terreno

Le principali proprietà fisico-meccaniche del terreno sono:

• Tessitura: Mi dice le proporzioni con cui le particelle di varie dimensioni si trovano all'interno del terreno. Facendo riferimento alla sola terra fine posso classificare meccanicamente i terreni in base alla percentuale di argilla, limo e sabbia che contengono. Al fine di semplificare questa suddivisione è stato introdotto il triangolo del Soil Survey. Dal punto di vista agricolo i più interessanti (perché vengono principalmente usati questi) sono i terreni medio impasto, ossia i terreni con matrice franca, franco-sabbiosa molto fine, franco-limosa e limosa. Questa classificazione non tiene però conto delle varie componenti del terreno, che possono avere un'azione determinante nell'interazione terreno-acqua. Le proprietà dei terreni influenzate dalla tessitura sono schematizzate nella tabella blul.
• Struttura: Mi dice come si dispongono le varie particelle di diversa dimensione all'interno del terreno quando entrano in contatto tra di loro. Dopo il contatto si formano grumi di varie dimensioni (comunque nell'ordine dei mm) più o meno stabili dipendentemente dal contenuto di argilla e humus (il quale funge da cementante) al loro interno. Ovviamente la loro stabilità conferisce stabilità alla struttura. Essa infatti viene misurata in base alla resistenza dei grumi all'immersione in acqua per un certo periodo. Definisco indice di stabilità della struttura Is = (A - a) / A * 100, dove A è l'argilla totale nella struttura e a l'argilla totale dispersa con l'immersione in acqua per un certo periodo. Se Is<30 la stabilità è bassa, se Is>70 è alta (terreno ben strutturato), se è compreso tra questi valori è moderata. Dalla stabilità dipendono la quantità e le dimensioni dei pori, la capacità di un terreno di assorbire o lasciar passare acqua e aria, caratteristiche importantissime per l'uso agricolo. Un terreno con una struttura ben definita si può distinguere in base alla dimensione dei pori in:
  • Macropori: Hanno diametro dei pori > 8 μm, solitamente riempiti dall'aria tranne che nei periodi di irrigazione e pioggia. Sono quindi terreni ben aerati che non trattengono umidità.
  • Micropori: Hanno un diametro < 8 μm, che in condizioni normali di umidità sono occupati più o meno completamente dall'acqua capillare. Sono quindi terreni poco aerati, ma che trattengono bene l'acqua.

La struttura di un terreno è influenzata sia dagli interventi antropici, come colture o lavorazioni meccaniche, sia da agenti naturali, come l'azione meccanica svolta dalle radici e dagli animali o azioni climatiche. Facendo riferimento ad un campione di terreno indisturbato, lo suddividiamo nelle sue 3 fasi: solida, liquida e gassosa. Ho V_s + V_l + V_g = V_t + V_v, quindi che con V_v volume dei vuoti.

Altre proprietà del terreno

Per quanto riguarda il peso, invece, ho che M_s + M_l + M_g = M_t, mentre nel campione secco:

• Umidità: È la quantità d'acqua presente in un terreno in un determinato momento. È espressa in percentuale in peso w = (M_l / M_s) * 100 = θ * 100, o in volume (V_l / V_t) * 100.
• Densità relativa (o peso specifico) apparente: Generalmente vale 1.3-1.6 per i terreni sabbiosi e 1.1-1.3 per quelli argillosi. Il rapporto mi dà il peso specifico apparente. La densità relativa reale varia tra 2.5 e 3.
• Porosità: Generalmente è del 25-45% per i terreni sabbiosi, 45-60% per quelli argillosi. Essa va distinta dalla porosità effettiva, detta anche capacità d'immagazzinamento di un terreno parzialmente pregno d'acqua (V_g / V_t) * 100, con V_g volume dei pori ancora disponibili per essere riempiti d'acqua. Va a sua volta distinta dalla porosità efficace, che mi indica i pori nei quali l'acqua può effettivamente circolare, data dal rapporto tra il volume d'acqua rilasciato per gravità da un campione saturo dopo il fenomeno del gocciolamento e il volume del campione. La ritenzione specifica è poi invece data dal rapporto tra il volume d'acqua trattenuto dopo il gocciolamento e il volume totale.

Caratteristiche idrodinamiche del terreno

Le caratteristiche idrodinamiche di un terreno sono la permeabilità, l'infiltrazione e la capillarità. Esse riassumono le caratteristiche fisiche e fisico-chimiche di un terreno. La permeabilità concerne il movimento dell'acqua all'interno dei macropori in un terreno saturo mediante la forza di gravità. Il moto dell'acqua avviene nella direzione del carico piezometrico decrescente, con una velocità esprimibile attraverso la legge di Darcy: v = K(Δh/l), con Δh dislivello piezometrico, l lunghezza del percorso filtrante e K coefficiente di permeabilità [m/s], ricavabile in laboratorio o sul campo.

L'infiltrazione e la capillarità riguardano rispettivamente il movimento dell'acqua all'interno di un terreno insaturo e il comportamento dell'acqua trattenuta per capillarità in un terreno insaturo sotto forma di acqua adsorbita e capillare all'interno dei micropori. Il terreno è insaturo, quindi i macropori sono principalmente occupati da aria mentre i micropori da acqua. L'acqua che si infiltra in un terreno insaturo si muove verticalmente nei macropori e orizzontalmente nei micropori. L'infiltrazione è osservata diversamente a seconda che la si osservi in laboratorio o sul campo, poiché sul campo ho una serie di fattori, come fratture del terreno, che la influenzano e che in laboratorio sono assenti.

Fornendo acqua ad un terreno insaturo sul campo vedo che la velocità di infiltrazione decresce nel tempo fino a stabilizzarsi attorno ad un valore vf di velocità di infiltrazione finale, molto importante ai fini dell'irrigazione. I terreni la cui vf<0.5 cm/h sono totalmente impermeabili e quindi non conviene nemmeno irrigare su questi (anche perché non si può), quelli la cui vf è compresa tra 1.5 e 7.5 cm/h hanno una buona infiltrabilità e sono adatti all'irrigazione, quelli con vf>7.5 cm/h sono molto permeabili e vanno irrigati per aspersione. In un suolo insaturo il movimento dell'acqua è influenzato anche dalla risalita capillare dell'acqua di falda.

Considerando però la rete di micropori come un fascio di tubi capillari si va a sovrastimare significativamente l'altezza di risalita capillare. Generalmente, ho che l'altezza di risalita capillare è di 0.35 m per i terreni sabbiosi-grossolani, di 0.7 m per i terreni sabbiosi-fini, di 0.85 m per i terreni argillosi pesanti. Questa risalita va tenuta conto perché può portare ad asfissia radicale, morte della pianta, se le radici si trovano all'interno di questa zona di risalita capillare. In questa zona di risalita capillare la distribuzione dell'acqua non è omogenea: sopra i pori saturi sono solo quelli più piccoli, sotto tutti i micropori sono saturi. La velocità di risalita dell'acqua capillare è molto più bassa di quella di assorbimento dell'acqua da parte delle radici, quindi non va considerata come acqua disponibile per le radici ma va solo considerata nel calcolo della profondità massima a cui può arrivare.