Comparative study of different scenarios for the morphological evolution in a river stream

The sediment transport phenomenon and the resulting morphological evolution of a river streams may have significant implications for flood hazard and related emergency planning, especially in case of mountain floods, during which very large volumes of sediments may be involved. Capability of developing mathematical and numerical models for river morphologic processes is crucial towards making reliable territorial analyses. This work first addresses an assessment of the suitability of some numerical codes to model the morphological evolution in river streams. The features and the capabilities of each code are introduced. Then, some synthetic test cases are generated in order to choose the potentially best code for the following purposes, and to quantify the importance of the user-defined parameters for the obtained results. The generated tests refer to the most typical situations that may be encountered in mountain environments (such as upstream or lateral sediment feeding, presence of rocky beds, non-uniform grain-size distribution). The core of the work refers to the Mallero River in northern Italy, for which two hazardous scenarios are considered. First, an ordinary flood is modeled, and in particular that of 1987 for which some data are available. Second, the landslide collapse at Spriana is considered as an external source of sediment feeding that creates an earthen dam with a huge lake behind. An Integrated scenario is introduced involving the landslide and the dam formation, the lake formation, the dam breaching either due to piping or overtopping, the dam-break wave propagation and its influence on the morphological evolution of the Mallero. The relevance of hydro-morphologic modelling for territorial risk and planning is discussed. A second case-study, relevant for the country of the writer, is construction of the Millennium dam in the Blue Nile, with potential effects on the morphological changes in Nile River.

I fenomeni di trasporto solido e la conseguente evoluzione morfologica dei corsi d’acqua rivestono notevole importanza nella valutazione della pericolosità alluvionale e delle relative procedure di emergenza, in particolare nel caso degli ambiti montani dove spesso le piene trasportano ingenti quantità di sedimenti. Poter condurre affidabili modellazioni matematico/numeriche dei processi in atto è quindi di grande importanza per produrre analisi territoriali significative. In questo lavoro si affronta per prima cosa un’analisi comparativa delle potenzialità di differenti codici numerici per la modellazione della morfologia fluviale. Dopo una presentazione delle funzionalità dei codici, sono introdotti alcuni casi test con riferimento ai quali verificare le possibilità dei software. Viene identificato il codice più promettente e si valuta l’effetto della scelta dei parametri sul risultato finale. I casi sintetici si riferiscono alle situazioni più tipiche dei torrenti montani, quali l’apporto solido di monte e laterale, la presenza di tratti inerodibili e di sedimenti con granulometria non uniforme. Il cuore del lavoro è rappresentato dall’analisi del torrente Mallero in Valmalenco, con riferimento a due scenari di pericolo particolarmente rilevanti per il corso d’acqua. Si analizza lo scenario di piena ordinaria, per il quale si considerano i dati disponibili per l’evento del 1987. In secondo luogo, si considera uno scenario relativo al collasso della frana di Spriana con formazione di uno sbarramento di materiale incoerente. Viene presentato uno scenario modellistico integrato, comprendente la formazione dello sbarramento e il riempimento di un lago a monte, la formazione di una breccia con conseguente onda di crollo e l’evoluzione morfologica del torrente a seguito di questo evento. Si discute infine la valenza dei risultati per la gestione territoriale. Un secondo caso studio si riferisce alla costruzione della Millennium dam sul Nilo (realtà di interesse per il Paese dell’autore), con le potenziali implicazioni per il fiume.