Analisi geomorfologica del Fiume Cecina - Casino di Terra (PI) - Toscana

Fonte: http://www.greenreport.it/web/archivio/show/id/18232 

Introduzione

I giorni 28, 29 e 30 Maggio 2010 abbiamo svolto un'escursione didattica in Toscana e più precisamente sul Fiume Cecina, dove abbiamo eseguito varie misurazioni, e a Volterra, dove abbiamo osservato i luoghi colpiti dalla forte alluvione del 1996.

Le misurazioni riguardanti il Fiume Cecina sono state le seguenti:

• analisi preliminare del posto (ambiente, vegetazione, ecc…);
• analisi granulometrica di una barra;
• misurazioni per trovare la sezione dell’alveo tramite utilizzo del metro;
• misurazioni della posizione della barra e della pendenza del fiume tramite l'uso rispettivamente del GPS e della livelletta di Hadley;
• misurazioni della temperatura e della salinità dell'acqua.

Analisi granulometrica della barra

Abbiamo effettuato i nostri rilievi utilizzando il metodo standard delle misure dirette, prelevando e analizzando dei ciottoli in due zone di una barra del fiume: zona a monte (119 ciottoli) e zona a valle (123 ciottoli). Il luogo esatto della barra è stato nei pressi di Casino di Terra (pi).

Ecco i dati:

Tabella 1.1 e 1.2 – Analisi granulometrica della barra verso monte e verso valle 

I grafici delle tabelle soprastanti sono: 

Grafico 1 – Elaborazione grafica della granulometria della barra, zona a monte; sull'asse X troviamo la scala di PHI mentre sull'asse delle Y troviamo il numero dei ciottoli corrispondenti alle diverse grandezze granulometriche (linea rossa) e la loro percentuale corrispondente (colonne blu) 

Grafico 2 – Elaborazione grafica della granulometria della barra, zona a valle; sull'asse X troviamo la scala di PHI mentre sull'asse delle Y troviamo il numero dei ciottoli corrispondenti alle diverse grandezze granulometriche (linea rossa) e la loro percentuale corrispondente (colonne blu) 

Al fine di migliorare la visione grafica e la comprensione dell'andamento generale della granulometria della barra ho unito i due grafici nel modo seguente:

Grafico 3 – Elaborazione grafica dell'analisi granulometrica della barra totale (zona a monte e zona a valle); sull'asse X troviamo la scala di PHI mentre sull'asse delle Y troviamo il numero dei ciottoli corrispondenti alle diverse grandezze granulometriche 

Possiamo notare come la granulometria della barra rispecchi l'andamento naturale di una normale disposizione dei ciottoli in queste situazioni. È infatti evidente (Grafico 3) come la testa della barra sia caratterizzata da ciottoli di dimensione maggiore rispetto alla coda. Notiamo infatti un certo spostamento della linea blu (testa) verso granulometrie leggermente più grandi rispetto alla linea rossa tratteggiata (coda):

• la prima ha una certa prevalenza di ciottoli della grandezza compresa tra i -6,5 e -4,5 PHI (con la presenza di qualche ciottolo di dimensione superiore);
• la seconda ha una prevalenza di ciottoli della grandezza compresa tra i -5,5 e i -3,5 PHI.

Uniamo ora i dati raccolti ed elencati qui sopra per effettuare l'analisi granulometrica generale della barra totale: 

Tabella 2 – Analisi granulometrica della barra totale  

Grafico 4 – Elaborazione grafica della granulometria della barra totale; sull'asse X troviamo la scala di PHI mentre sull'asse delle Y troviamo il numero dei ciottoli corrispondenti alle diverse grandezze granulometriche (linea rossa) e la loro percentuale corrispondente (colonne blu)  

Pendenza, temperatura e salinità

Tramite livelletta di Hadley abbiamo calcolato una pendenza pari allo 0,7% e con degli strumenti appositi la temperatura e salinità dell'acqua sono risultati rispettivamente di 25°C e 52 ppm. La temperatura dell'acqua ferma (zona pool del fiume) invece è risultata pari a 28-29°C mentre quella dell'aria di 27°C.

Sezione alveo

In breve illustrerò qui sotto i dati relativi alla sezione dell'alveo: 

Tabella 3 – Dati tabellari sezione alveo

Grafico 4 – Sezione alveo 

Si vede benissimo nella parte centrale come la linea di fondo forma una gobba, tipica di una barra vista appunto in sezione. Proprio quella era la nostra base di rilevamento. Nella parte a sinistra, vicino alla sponda sinistra, troviamo il riffle mentre nella parte opposta, sponda destra, troviamo il pool.

Analisi con GPS

Qui di seguito illustrerò invece i dati acquisiti tramite GPS presi lungo la parte sinistra della barra e procedendo da monte verso valle: 

Tabella 4 – Dati GPS 

Come si vede, la quota, nonostante il GPS possa avere errori anche di alcuni metri, risulta diminuire gradualmente verso valle. Ovviamente per calcolare la pendenza è molto meglio usare ad esempio la livelletta di Hadley (vedi sopra).

Per quanto riguarda le coordinate X e Y avrebbe senso metterci sotto una carta della zona, il grafico è stato fatto solo per rendere l’idea di come questo possa essere.

Calcolo dell’equazione di Manning, Chezy, Darcy e di Limerinos e della Portata

Equazione di Manning

V = R0,67S0,5n-1 dove

• R = raggio idraulico = dato che la larghezza dell’alveo è molto superiore alla profondità possiamo farla equivalere a 1,186 m (media h sezione);
• S = pendenza = 0,007;
• n = coefficiente di scabrezza = 0,048D0,167 = 0,048*30,70,167 = 0,085 m0,5s-1 (D = D50 = 30,7, vedi tabella 6);

V = 1,029*0,084*11,765 = 1,013 ms-1

Equazione di Chezy

V = C (RS)0,5 dove

• C = fattore di frizione = R0,167n-1 = 12,105 m;
• R = 1,186 m (vedi sopra);
• S = 0,007 (vedi sopra);

V = 12,105*0,091 = 1,1013 ms-1

Equazione di Darcy

V = (8gRS/f)0,5 dove

• F = fattore di frizione = 8gC-2 = 0,536;
• R = 1,186 m (vedi sopra);
• S = 0,007 (vedi sopra);

V = (8*9,81*1,186*0,007/0,536)0,5 = 1,013 ms-1 

Portata

Q = AV dove

• A = stima area sezione (media delle altezze trovate*larghezza) = 1,186*49,2 = 58,36 m2;
• V = 1,013 ms-1

Q = 58,36*1,013 = 59,119 m3 s-1

Ricapitolando: 

Calcolando l’area della sezione, calcolando il raggio idraulico e sapendo la pendenza e g sono

riuscito a trovarmi le equazioni sopra esposte e anche la portata. Queste sono: 

• Equazione di Manning, Chezy, Darcy: V = 1,013 ms-1;

• Portata: Q = 59,119 m3 s-1. 

Conclusioni

• Possiamo dire che su un'analisi di 242 ciottoli, la barra risulta avere una granulometria che si aggira tra i –6 e i -3,5 PHI comprendendo una discreta quantità di ciottoli più grandi (fino a -7 PHI) e una piccola quantità di più piccoli (fino a -1 PHI);
• Dalla disposizione dei ciottoli analizzati possiamo rilevare un certo corazzamento del letto, seppur di non grande spessore, oltre che notare la forza di resistenza che questi ciottoli hanno nei confronti della corrente (posizione ad embrice);
• Dalla visione preliminare (e da studi compiuti su di esso), il fiume Cecina sta piano piano riprendendo la sua normale conformità e ritornando ad essere un fiume quasi “naturale” e degno di essere salvaguardato e controllato;
• La scarsa pendenza di questo fiume, la sua sinuosità piuttosto pronunciata e la zona dove è sito ci fa collocare questo fiume nella tipologia dei fiumi pseudo-meandriformi.