Tran­si­ta­bi­li­tà dei se­di­men­ti ne­gli ac­cu­mu­li di le­gna­me flot­tan­te

Data di pubblicazione
01-03-2022
Isabella Schalko
Dr. ing. Laboratorio di Idraulica, Idrologia e Glaciologia (VAW) dell’ETHZ

Otre all’acqua e al carico di fondo,1 un tipico bacino imbrifero spesso trasporta legno. Il legname in alveo è una componente essenziale dell’ecosistema di un corso d’acqua ed è sempre più considerato utile alla sua rivitalizzazione. Un piccolo accumulo di legno in un fiume aumenta notevolmente la variabilità del regime idrologico e dell’aspetto dell’alveo. Per esempio, al di sopra di un accumulo di legno la velocità della corrente si riduce, mentre ai lati aumenta. Inoltre, al di sotto di un accumulo di legno si può formare un’area a velocità di corrente ridotta, dove quindi si possono depositare nutrienti che costituiscono elemento essenziale per gli organismi acquatici e per le piante. La variabilità del regime idrologico e delle cavità che si formano negli accumuli di legno consente la formazione di importanti habitat per le specie acquatiche, come ad esempio le tane dei pesci.

Quando si verificano eventi alluvionali, i relativi fenomeni di erosione di sponda, frane o colate detritiche possono immettere in alveo grandi quantità di legname, mentre il legno morto già presente nel corso d’acqua può essere rimobilizzato. Quando il legno ha una densità < 1.000 kg/mc e viene quindi trasportato in superficie, lo si definisce «galleggiante» o «flottante». In caso di piena, questo materiale che transita nel corso d’acqua può incagliarsi in punti stretti (per esempio in corrispondenza di gole, ponti o dighe) o restare bloccato da briglie di trattenuta collocate appositamente a monte dei centri abitati. In entrambi i casi, l’accumulo di grandi quantità di legno galleggiante porta a una riduzione della sezione trasversale di deflusso e quindi a un aumento del livello dell’acqua al di sopra dell’accumulo (arginamento). Questo fenomeno riduce notevolmente la velocità della corrente, il che a sua volta può influenzare od ostacolare il trasporto del carico fluviale. Inoltre, l’arginamento può portare all’allagamento delle aree circostanti e aumentare ulteriormente il pericolo di alluvione. Studi condotti sull’accumulo di detriti arborei flottanti presso le briglie di trattenuta hanno dimostrato che i fenomeni di arginamento e dilavamento aumentano con l’aumentare del legno accumulato e, dunque, che nella valutazione del rischio alluvionale è imperativo prendere in considerazione questo elemento.2

Nella progettazione delle briglie di trattenuta per il legno flottante o per il carico di fondo, bisognerebbe tenere in conto gli aspetti ecologici e di protezione dalle piene. Le briglie dovrebbero infatti poter trattenere il legno e il carico di fondo in caso di piena, assicurando però il transito di quest’ultimo in caso di eventi minori. Molte briglie pensate per il legno galleggiante consistono in pali verticali disposti lungo tutta la larghezza del fiume, trasversalmente allo scorrimento dell’acqua (briglie a pettine). Disposte in questo modo, tuttavia, esse trattengono non solo il materiale legnoso ma anche il carico di fondo.3 I sistemi di trattenuta selettiva a bypass, invece, permettono la separazione in loco dei sedimenti dal legno. Questo tipo di briglia viene installata su un’ansa esterna del fiume, parallelamente alla direzione di scorrimento dell’acqua. Grazie alle correnti secondarie indotte dall'ansa, il legno flottante viene trascinato verso il suo margine esterno e quindi trattenuto dalla briglia, mentre i sedimenti continuano a essere trasportati sul fondo.4 Tuttavia, questo sistema è adatto solo per i tratti in cui un fiume presenta una sezione di deflusso compatta e alveo a bassa pendenza. Non è idoneo a torrenti ripidi.

Negli ultimi anni, il Laboratorio di Idraulica, Idrologia e Glaciologia (VAW) dell’ETH di Zurigo ha continuato i propri studi con modelli idraulici in scala ridotta su briglie che potrebbero garantire la separazione in loco tra legno galleggiante e sedimenti anche nei tratti di fiume più ripidi. I primi test sono stati effettuati su briglia inclinata: questo tipo di opera consiste in pali disposti lungo tutta la larghezza del fiume trasversalmente allo scorrimento dell’acqua, ma con i pali inclinati a valle. Tale inclinazione fa sì che il materiale legnoso si incagli principalmente nella parte superiore della briglia, mentre il pelo libero dell’acqua al di sotto del cumulo porta a una riduzione sia dell’arginamento sia del dilavamento. Rispetto a una briglia verticale, l’uso di una briglia inclinata di 20° sul piano orizzontale ha fatto registrare una riduzione dell’arginamento del 60% e del dilavamento del 40%.5 Le prime osservazioni su modelli fisici con l’aggiunta di sedimenti hanno mostrato che essi si depositano a monte del cumulo. Se ne deduce che la transitabilità del carico di fondo dipende in maniera significativa dal grado di accumulo nonché dal pelo libero.

Anche per le piazze di deposito (o vasche di accumulo) vengono spesso utilizzate briglie inclinate. Nel laboratorio di ingegneria idraulica LCH dell’EPFL è stata progettata una vasca di accumulo dei sedimenti con briglia parzialmente filtrante.6 Questo sistema è dotato di un canale di convogliamento che attraversa sia la piazza di deposito sia il manufatto partitore mantenendo una pendenza costante: in tal modo, il trasporto del carico di fondo non dovrebbe subire interruzioni durante gli eventi di morbida.7 Un canale di scolo con briglia grossa a monte (trattenuta meccanica) impedisce lo svuotamento automatico della vasca di accumulo durante gli eventi di piena eccezionale. La briglia ha pendenza 2:1 e tra essa e l’alveo del canale di convogliamento è presente un’apertura verticale.

Poiché l’inclinazione e l’apertura verticale potevano rendere questo sistema misto adatto alla separazione in loco del carico di fondo dal materiale galleggiante, il VAW ha condotto studi su modelli fisici che prevedessero questi elementi. Il valore idoneo di transitabilità è stato individuato in una capacità di trasporto dei sedimenti di almeno il 75%.8 Analizzando diverse variabili – densità e dimensioni del legno, aggiunta di ceppaie, rami e foglie – è emerso che già pochi tronchi (volume di 7 mc su scala prototipo) sono sufficienti a portare al 75% la capacità di trasporto dei sedimenti rispetto a un regime privo di legno flottante.9 È stato inoltre osservato che l’aggiunta di materiale fine come aghi e foglie, nonché di materiale legnoso di piccole dimensioni, riduce ulteriormente il trasporto del carico di fondo, generando un maggiore arginamento. Per contro, la forma (rami) e la densità del legno galleggiante non incidono significativamente.

Secondo Schwindt,10 per stabilire le dimensioni dell’apertura verticale ci si basa sull'84° percentile (D84) della distribuzione granulometrica dei sedimenti trasportati. Tuttavia, poiché in un bacino imbrifero montano la presenza di legno flottante è cosa da aspettarsi, per assicurare la separazione in loco tra sedimenti e legno galleggiante sarebbe utile prendere in considerazione anche le caratteristiche del legno. Nell’analisi di nuovi modelli fisici sarebbe inoltre opportuno utilizzare diversi idrogrammi di piena e altri materiali d’alveo, così da elaborare linee di intervento e raccomandazioni per l’impiego di briglie parzialmente filtranti.

Trattenendo il carico di fondo e il legno, una briglia altera i processi naturali, riducendo notevolmente la dinamica e la variabilità morfologica, con un conseguente impatto negativo sulla biodiversità. Pertanto, oltre a progettare briglie selettive che separino il carico di fondo dal legno flottante, è necessario sviluppare pratiche di manutenzione dei bacini che tengano conto della gestione sostenibile del legno e non rimuovano tutto il legname trasportato dai corsi d’acqua, bensì applichino il principio di «far transitare il legno dove possibile e rimuoverlo dove necessario».

Versione originale in tedesco.

Note
L'autrice ringrazia il Dr. Davide Vanzo per la rilettura del testo in italiano

 

1 Parte di materiale a grana grossolana che viene trasportato sul fondo del fiume.

 

2I. Schalko, C. Lageder, L. Schmocker, V. Weitbrecht, R.M. Boes, Laboratory flume experiments on the formation of spanwise large wood accumulations, Part I: Effect on backwater rise, «Water Resources Research», 2019, vol. 55, n. 6, pp. 4854-4870.

 

3 D. Lange, G.R. Bezzola, Schwemmholz – Probleme und Lösungsansätze, «VAW-Mitteilungen. Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW)», 2006, n. 188.

 

4L. Schmocker, V. Weitbrecht, Driftwood: Risk analysis and engineering measures, «Journal of Hydraulic Engineering», 2013, vol. 132, n. 7.

 

5I. Schalko, Wood retention at inclined racks: effects on flow and local bedload processes, «Earth Surface Processes and Landforms», 2020, vol. 95, n. 6, pp. 2036-2047.

 

6 S. Schwindt, Hydro-morphological processes through permeable sediment traps at mountain rivers, «Communication LCH - Laboratoire de constructions hydrauliques», 2017, n. 71.

 

7 Per condizioni di morbida sono intese situazioni in cui le portate sono comprese tra il 51% e il 200% della portata media annua; nei periodi umidi, le acque si gonfiano per pioggia o per disgelo senza superare il livello di guardia.

 

8A. Roth, M. Jafarnejad, S. Schwindt, A. Schleiss, Design optimization of permeable sediment traps for fluvial bed load transport, River Flow 2018 - Ninth International Conference on Fluvial Hydraulics, Lyon 2018.

 

9I. Schalko, V. Ruiz-Villanueva, F. Maager, V. Weitbrecht, Wood retention at inclined bar screens: effects of wood characteristics on backwater rise and bedload transport, «Water», 2021, vol. 13, n. 16.

 

10 Cfr. nota 6

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