Evaluation of bedload yield in two small sand-bed rivers of the Ravenna province (Italy)

Il trasporto di sedimenti, e in particolare il trasporto solido (al fondo), è uno dei più dinamici e complessi risultati dei processi idro-climatici, idraulici e geomorfologici che si verificano all’interno di un bacino fluviale. La capacità di produzione sedimentaria dipende strettamente dalla fornitura di sedimenti dal bacino che è altamente controllata da fattori primari quali: clima, area del bacino, geologia e topografia. Ulteriormente influenzato da impatti antropici, il trasporto di sedimenti controlla le risposte geomorfiche dei fiumi che, a loro volta possono essere ulteriormente esacerbati dai cambiamenti climatici. Diversi sono gli strumenti e le tecniche di campionamento utilizzati sul campo per quantificare il trasporto solido. Le difficoltà connesse alla loro efficienza, assieme alla richiesta di grandi risorse umane e finanziarie, hanno dimostrato che il trasporto solido è uno dei processi fluviali più difficili da misurare. Negli ultimi cinquant'anni tali difficoltà hanno spinto gli scienziati a sviluppare modelli empirici per la stima del trasporto solido al fondo. Sono state proposte diverse formule basate fondamentalmente su studi di laboratorio e di campo, pur considerando che le misure dirette di campo sono molto limitate. Nonostante i continui sforzi compiuti, esistono ancora grandi limiti delle equazioni. Comprendere e quantificare il tasso dei sedimenti trasportati sta diventando sempre più importante per una varietà di problemi sia da un punto di vista scientifico che applicativo. Sebbene vi siano alcuni sporadici studi sperimentali sugli apporti solidi fluviali in regione Emilia-Romagna, i dati a disposizione sono estremamente esigui e, sfortunatamente, si riferiscono solo a un numero limitato di fiumi. Data la scarsa conoscenza degli apporti fluviali a scala regionale, questa ricerca mira a quantificare il trasporto solidi dei corsi d’acqua attraverso indagini sul campo e misurazioni dirette svolte su due fiumi rappresentativi con lo scopo di ampliare il dataset attuale a disposizione. Mediante un approccio di tipo idraulico ed idrologico e, soprattutto, mediante campagne di misura diretta del trasporto solido, si è quantificato il trasporto al fondo nei Fiumi Uniti e Savio. Entrambi i fiumi scorrono dall'Appennino settentrionale alla Pianura Padana, sfociando nel mare Adriatico in prossimità della provincia di Ravenna. Concentrandosi in particolare sul trasporto solido fluviale, l'indagine si svolge nei pressi degli ultimi dieci chilometri dei corsi d’acqua, a ridosso delle zone fociali. Le campagne sono state condotte con un approccio di misurazione diretta ( ossia tramite l’utilizzo del campionatore Helley-Smith) iniziato nel 2005-06 da autori precedenti ed esteso dall’autrice nel 2019. Campionamenti ripetuti effettuati in diverse condizioni di piena hanno permesso di calcolare le scale di deflusso degli apporti solidi (e il carico solido al fondo fluviale annuale). Ulteriori indagini batimetriche sono state condotte in prossimità delle sezioni di misura, rivelando la presenza di forme di fondo. Ulteriori approfondimenti sono stati svolti relativamente ai fattori che influenzano il trasporto solido, del quale è stata anche effettuata una stima analizzando alcune classiche equazioni presenti in letteratura. Sono state infatti considerate sia le condizioni di soglia del movimento dei sedimenti sia la componente di rugosità dovuta alla presenza delle forme di fondo, ed in particolare dovuta alle dune. I dati ottenuti indicano che l’apporto solido fluviale dei fiumi studiati è molto variabile ed in particolare il trasporto solido dei Fiumi Uniti è superiore a quello del fiume Savio. Infine, è stato eseguito un confronto tra dati misurati sul campo e quelli ottenuti da criteri ben noti di letteratura allo scopo di definire la migliore equazione utilizzabile a scala regionale per quantificare l’apporto solido fluviale alle spiagge romagnole.

Sediment transport, and bedload transport in particular, is one of the most dynamic and complex hydraulic and geomorphologic processes in a river basin. Sediment supply is strictly dependent on erosion processes in the catchment which are highly controlled by primary factors such as: climate, basin area, geology and topography. Sediment transport influences the geomorphic responses of rivers and the equilibrium of the fluvial environment. The sampling devices and techniques used in the field to quantify bedload transport are very few. Difficulties liked to their efficiency, together with the request of large human and financial resources, have proven that bedload transport is one of the most difficult fluvial processes to measure. These difficulties have pushed scientists to develop physically based and empirical formulas to quantify bedload transport based on both laboratory and field studies. However, field measurements are very limited. Despite continued efforts, bedload transport equations still have limited application. Thus, understanding and quantifying sediment yield is becoming increasingly the center of attention of a variety of scientific and societal problems. Given the poor knowledge of river supplies at regional scale, this research aims at quantifying the bedload yield to the Romagna beaches through field investigations and measurements on two representative rivers to enlarge the actual dataset. By means of hydraulic and hydrological approach and, most of all, by means of bed load transport direct measurement campaigns in the field, this research aims at defining the quantity of sediment flux of the Fiumi Uniti and Savio rivers. They both flow from the northern Apennines to the Padan plain and outflow into the Adriatic Sea in the Ravenna province. Focusing particularly on bedload transport, the investigation took place in the last 10 kilometers of the rivers, i.e. in the vicinity of their mouths. Field campaigns have been carried out by means of the Helley-Smith bedload sampler. Field measurements started in 2005-06 by previous authors were revise and were integrated by the author in 2019. Repeated samplings carried out during different flood conditions have permitted to calculate bedload rating curves (and annual bedload yields). Bathymetric surveys carried out on the river downstream reaches, revealed the presence of bedforms. Since these play an important role in the interaction between flow and sediment transport, further investigation have been done on their role in controlling bedload. Important components affecting the bedload transport rates and its calculation using the classical bedload equations were also investigated. They include the threshold conditions of incipient bedload motion and the roughness component of dune bedforms. The field data indicate that bedload sediment yield to the Romagna beaches is highly variable and that the Fiumi Uniti bedload transport is higher than that of the Savio river. Finally, a comparison of the field data with the results of well-known criteria to predict bedload transport rate has been performed to define the best equation to be used at regional scale to quantify bedload supply to beaches in a mid-term scenario.