Channel aggradation under unsteady supercritical flow conditions

River sediment transport is a fundamental geomorphic process operating over a wide range of spatial and temporal scales, with significant implications for fluvial system dynamics and associated hazards. It plays a critical role in influencing flood behavior, environmental health, cultural heritage preservation, and a variety of economic activities. The study of sediment transport enhances our understanding of river behavior and supports the improvement of early warning systems, thereby reducing the adverse impacts of events such as floods. This thesis examines sediment aggradation on riverbeds through four experiments under supercritical, unsteady flow conditions, a process commonly observed in mountainous regions with steep gradients and intense rainfall. During periods of high discharge, the volume of sediment supplied to a river may exceed its transport capacity, resulting in rapid riverbed aggradation, reduced channel conveyance, and increased flood risk. In this context, determining the propagation celerity of sediment aggradation waves is essential for predicting when sediment will reach vulnerable downstream areas and for improving flood risk management strategies. From an engineering perspective, the celerity parameter is particularly important, as changes in river morphology can significantly contribute to hydraulic hazards. Therefore, the main objective of this thesis is to assess the celerity of sediment aggradation waves under unsteady flow condition. The experimental results were found to correspond reasonably well with steady flow condition reported in earlier studies. Ultimately, the load ratio was identified as the most influential parameter in the celerity analysis.

Il trasporto solido fluviale rappresenta un processo geomorfologico fondamentale che opera su un ampio spettro di scale spaziali e temporali, con implicazioni significative per la dinamica dei sistemi fluviali e per i rischi ad essi associati. Esso svolge un ruolo cruciale nell’influenzare il comportamento delle piene, la salute ambientale, la conservazione del patrimonio culturale e numerose attività economiche. Lo studio del trasporto dei sedimenti consente di migliorare la comprensione del comportamento dei corsi d’acqua e di supportare lo sviluppo di sistemi di allerta precoce, contribuendo così alla riduzione degli impatti negativi di eventi quali le inondazioni. La presente tesi analizza l’aggradazione dei sedimenti sul fondo alveo attraverso quattro esperimenti condotti in condizioni di moto supercritico e non stazionario, un fenomeno comunemente riscontrato in regioni montane caratterizzate da forti pendenze e precipitazioni intense. Durante periodi di elevata portata, il volume di sedimenti fornito al corso d’acqua può superarne la capacità di trasporto, causando una rapida aggradazione del fondo, una riduzione della capacità di deflusso del canale e un conseguente aumento del rischio di esondazione. In tale contesto, la determinazione della celerità di propagazione delle onde di aggradazione dei sedimenti risulta essenziale per prevedere i tempi di arrivo dei sedimenti nelle aree vulnerabili a valle e per migliorare le strategie di gestione del rischio idraulico. Dal punto di vista ingegneristico, il parametro di celerità riveste un’importanza particolare, poiché le variazioni della morfologia fluviale possono contribuire in modo significativo all’insorgenza di pericoli idraulici. Pertanto, l’obiettivo principale di questa tesi è la valutazione della celerità delle onde di aggradazione dei sedimenti in regime di moto non stazionario. I risultati sperimentali hanno mostrato una ragionevole concordanza con quelli ottenuti in condizioni di moto stazionario e riportati in studi precedenti. Infine, il rapporto di carico è stato individuato come il parametro più influente nell’analisi della celerità.