Bacino idrografico

Schematizzazione di un bacino idrografico

Animazione del bacino del fiume Latoriţa, Romania.

In idrografia il bacino idrografico è l'area topografica (solitamente identificabile in una valle o una pianura) di raccolta delle acque che scorrono sulla superficie del suolo confluenti verso un determinato corpo idrico recettore che dà il nome al bacino stesso (es. "il bacino idrografico del Rio delle Amazzoni").

Ogni bacino idrografico è separato da quelli contigui dalla cosiddetta linea dello spartiacque. Questa è una linea chiusa, come solitamente nel caso di bacini montani o collinari, o aperta, nel caso di bacini scolanti direttamente in mare, lago o laguna ed il perimetro dello spartiacque termina contro la linea di costa. Nel primo caso, la linea di spartiacque interseca l'asta fluviale principale in un determinato punto. Detta intersezione prende il nome di sezione di chiusura del bacino stesso. Detta sezione è di fondamentale importanza in idraulica in quanto in corrispondenza di essa si viene a raccogliere la portata complessiva del bacino e quindi quella del relativo corso d'acqua. La maggior parte dei bacini idrografici principali è formata dall'unione di più sottobacini rappresentati dai bacini idrografici dei singoli affluenti del corso d'acqua principale.

Per i bacini chiusi (laghi o mari interni) il bacino idrografico coincide con la sommatoria di tutti i bacini idrografici affluenti, direttamente o indirettamente, al lago o mare considerato.

Definizione

Il bacino idrografico è una porzione di territorio che, a causa della sua conformazione orografica, raccoglie acque meteoriche o provenienti dallo scioglimento di ghiacciai o nevai che scorrono confluendo tutte verso un solco d'impluvio dando origine ad un corso d' acqua, o verso una conca o depressione dando origine ad un lago o a una zona paludosa. Esso differisce dal bacino idrogeologico in quanto quest'ultimo non considera il solo deflusso di acque superficiali, ma anche il flusso di quelle presenti nel sottosuolo.

Se le acque raccolte sono solo quelle dovute alle precipitazioni si parla di bacino imbrifero.

In un bacino idrografico vallivo è possibile identificare un luogo di convergenza delle acque, detto sezione di chiusura, attraverso il quale passa tutto il volume dell'acqua raccolta superficialmente. L'altitudine cui si trova la sezione di chiusura è la quota di riferimento nelle misure di altitudine relative al bacino.

Il perimetro di confine di ogni bacino, una volta individuata la sezione di chiusura, viene riconosciuto mappando a partire dalla sezione di chiusura la linea oltre la quale le acque scorrono sul terreno seguendo un altro percorso che le porta a raccogliersi in un diverso bacino idrografico, questa linea è chiamata linea spartiacque o semplicemente spartiacque. Lo spartiacque è definibile su una carta topografica collegando i picchi di massima altitudine con una linea sempre perpendicolare alle curve di livello, avente quindi la direzione del versore di massima pendenza. Il punto più basso dello spartiacque è chiamato incile.

Descrizione del bacino

Caratteristiche geometriche

L'estensione superficiale è una caratteristica rilevante per capire come si comporta il bacino a seguito di piogge rilevanti (tempo di corrivazione): i tempi di percorrenza delle acque superficiali dipendono principalmente dalla lunghezza del percorso che l'acqua deve fare e dalla sua pendenza . A parità di pendenza, se il bacino è piccolo i tempi di percorrenza sono dell'ordine di ore (tipico caso di bacino vallivo montano), mentre per un bacino grande sono maggiori (valutabili anche in giorni come nel caso del bacino padano), con conseguente aumento anche dei tempi di formazione delle piene.

Si chiama superficie di drenaggio la proiezione orizzontale della superficie di territorio delimitata dalla linea spartiacque, mentre la lunghezza della linea spartiacque è il perimetro (P) del bacino. La lunghezza L del bacino è definita in prima approssimazione come la lunghezza dell'asta fluviale principale, ossia del canale di raccolta dalla portata maggiore che corrisponde, nel caso di bacini in quota, al fondovalle.

Forma

Due bacini diversi, pur avendo superfici di drenaggio della stessa area, possono avere forme diverse e variare come morfologia da compatti ad allungati. La differenza fra i diversi bacini viene quantitativamente valutata calcolando determinati parametri.

Il metodo di confronto dell'area del bacino con un cerchio permette di individuare il rapporto o fattore di circolarità $R_c$ che viene definito come il rapporto fra la l'area della superficie di drenaggio ($A$) e la superficie del cerchio avente il perimetro $P$ pari alla lunghezza della linea spartiacque del bacino considerato:

• fattore di circolarità $R_c = 4{\pi}\frac{A}{P^2}$;

Il rapporto di uniformità $R_u$ è definito come il rapporto tra il perimetro del bacino ed il perimetro del cerchio di riferimento con la condizione che la superficie del bacino sia uguale a quella del cerchio:

• rapporto di uniformità $R_u = \frac{P}{2 {\sqrt[]{{\pi}{A}}}}$

Il rapporto fra area del bacino con quella di un quadrato avente il lato $L$ pari alla lunghezza del bacino è chiamato fattore di forma:

• fattore di forma $F = \frac{A}{L^2}$;

• rapporto di allungamento $E = \frac{2 \sqrt[]{A}}{L \sqrt[]{{\pi}}}$;

Altimetria

Bacino idrografico del Po.

In un grafico cartesiano vengono riportata in ordinata le quote (relative alla sezione di chiusura) e in ascissa le percentuali (crescenti) della superficie totale di un bacino. Si definisce curva ipsografica l'insieme dei punti del grafico che rappresentano, per ogni quota, la percentuale di superficie di bacino che si trova al di sopra di quella quota. Per determinare la curva ipsografica di un bacino occorre avere una cartografia a piccola scala, col reticolo idrografico ed un'altimetria dettagliata (individuata con buona approssimazione dalle curve di livello).

Per come è definita, la curva ipsografica è una curva con andamento monotono decrescente (possono esistere tratti orizzontali) e fornisce un'indicazione di quanto possa essere ripido il bacino.

Altitudine mediana

L'altitudine mediana è quel valore di quota che corrisponde alla metà della superficie di bacino nel grafico della curva ipsografica.

Altitudine media

l'altitudine media è la quota che rappresenta la media integrale del diagramma, dunque rappresenta l'altezza di un rettangolo, avente per base le percentuali della superficie totale, la cui superficie è equivalente a quella sottesa dalla curva ipsografica.

Considerando la quota $h$ del grafico della curva ipsografica come funzione dell'ascissa, e $S$ come la sua inversa (h è invertibile perché è monotona), si ha:

Altitudine media $= \frac{\int_{0}^{S_{tot}} h(s)ds}{S_{tot}} = \frac{\int_{0}^{h_{max}} S(h)dh}{S_{tot}}$

L'altitudine media coincide con quella mediana nel caso in cui la curva ipsografica sia una retta.

Pendenza

Uno dei parametri più utilizzati per la stima della pendenza di un bacino (caratteristica evidentemente rilevante per la determinazione della velocità di deflusso delle acque) è la pendenza media, usualmente calcolata secondo la formula di Alvar-Horton:

$I_m = \lim_{D_h\rightarrow0}\frac{D_hL_v}{A}$

in cui $L_v$ è la lunghezza totale delle linee di livello di assegnato dislivello $D_h$.

Considerando il bacino come il grafico di una funzione f in due variabili spaziali, la pendenza media non è altro che il valor medio dell'integrale del modulo del gradiente di f esteso a tutta la superficie di drenaggio.

In pratica per stimare manualmente e quindi approssimativamente questo parametro si sovrappone alla carta topografica del bacino un reticolato quadrato e si calcola in corrispondenza di ogni suo nodo il rapporto tra la differenza di quota tra le due curve di livello più vicine e la distanza tra di esse. Si ottengono così pendenze locali relative ai nodi, la cui media aritmetica fornisce una stima della pendenza media, tanto più precisa quanto più fitto è il reticolato e quanto più numerose sono le curve di livello sulla carta.

Tempi Caratteristici del Bacino

Tempo di Corrivazione

Il tempo di corrivazione, un ulteriore caratteristica morfologica ed idrologica, rappresenta l'arco temporale nel quale la particella d’acqua idraulicamente più sfavorita, cioè quella caduta nel punto più distante dalla sezione di chiusura, impiega per arrivare alla sezione stessa. Il tempo di corrivazione (tc), misurato in ore, si determina essenzialmente con l'utilizzo di diverse formule analitiche:

• formula di Giandotti $t_c = \frac{4 . \sqrt[]{S} + 1,5 L }{0.8 . \sqrt[]{{H_m - h_0}}}$;

Dove con S è indicata la superficie del bacino, con L la lunghezza dell’asta principale, con Hm l’altezza media del bacino e con h0 la quota della sezione di chiusura.

• formula di Viparelli $t_c = \frac{L}{V}$;

In cui L indica la lunghezza dell'asta fluviale e V la velocità della particella d'acuqa; la velocità, posta pari a 5,4 km/h, è determinata con l'ausilio di un abaco che propone una relazione tra la velocità dell'acqua, le pendenze medie dei versanti e la tipologia di terreno che caratterizza il bacino.

• Formula di Pezzoli $t_c = 0,055 \frac{L}\sqrt[]{p}$;

In cui con L si indica la lunghezza dell'asta principale, mentre con p si indica la pendenza media dell'alveo.

Portata al Colmo

La portata al colmo Qc misurata in mc/s, con il metodo della corrivazione, è definita come la portata che attravera la sezione di chiusura con un determinato tempo di corrivazione Tc assegnato:

• Portata al colmo $Q_c = {{\phi} i A}$

Il termine A corrisponde all'area del bacino, il termine i corrisponde all'intensità di pioggia riferita al tempo di corrivazione Tc; mentre il termine φ indica il coefficiente di deflusso annuo medio, il cui valore dipende dalla penenza e dalla tipologia di copertura del bacino.

Tempo di Ritardo

In un bacino idrografico, è definito tempo di ritardo l’intervallo temporale che separa il baricentro della ditribuzione delle pioggia di progetto dal baricentro dell’idrogramma del deflusso superficiale. In diverse applicazioni ingegneristiche, e in modelli di trasformazione (afflussi – deflussi) si ritiene che questo sia un valore caratteristico del bacino che non dipende dal particolare evento.

Scorrimento nei bacini idrografici

Lo Scorrimento è definito come il moto dell'acqua, generato dalle azioni gravitazionali, che si manifesta all'interno dei bacini idrografici. Il deflusso superficiale di un corso d'acqua all'interno di una sezione risulta essere determinato secondo i tre diversi tipi di scorrimento:

$Q = {Q_s + Q_i + Q_b}$

• Scorrimento superficiale Qs: si maniesta sopra la superficie topografica seguendo le linee di pendenza massima e procedendo all'interno della rete fluviale, costituendo il contributo principale e più rapido della piena.

• Scorrimento sotterraneo (o profondo) Qb: si maniesta nelle falde che si formano sopra strati impermeabili del sottosuolo; è l’aliquota d'acqua affluita che raggiunge la sezione di chiusura tremite lenti processi di filtrazione negli strati più profondi del terreno. Questo contributo all’idrogramma di piena è minimo, in quanto è un fenomeno non fortemente influenzato dagli eventi di pioggia.

• Scorrimento ipodermico Qi: si maniesta nello strato più superficiale del sottosuolo; è generato dall’aliquota di precipitazione infiltrata nello strato immediatamente sottostante la superficie, ed è generalmente causato da strati non permeabili che ne impediscono la percolazione in profondità. In genere i tempi caratteristici dello scorrimento ipodermico sono dello stesso ordine di grandezza di quelli dello scorrimento superficiale, per questo in molte applicazioni i due scorrimenti vengono accumulati.

Grandi bacini idrografici

Suddivisione dei bacini idrografici del mondo, rispetto all'affluenza nei principali oceani e mari. Le aree grigie sono territori endoreici, senza un definito deflusso superficiale verso il mare.

• Rio delle Amazzoni-Ucayali 7.050.000 km²
• Nilo 6.695.000 km²
• Congo 4.374.000 km²
• Mississippi-Missouri 3.778.000 km²
• Rio de la Plata-Paraná 3.140.000 km²
• Volga 1.360.000 km²
• Danubio 817.000 km²
• Huang He 752.000 km²
• Po 74.970 km²

Bibliografia

• Ardito Desio, Geologia applicata all'ingegneria: mezzi e metodi d'esplorazione del sottosuolo, idrogeologia, geomorfologia applicata, geologia delle costruzioni, geologia mineraria, Milano, Hoepli, 1973. ISBN 978-88-203-0333-4
• Mario Panizza, Geomorfologia, Bologna, Pitagora Editrice, 2007. ISBN 978-88-371-1657-6
• [1]

Voci correlate

• Fiume
• Fiumara (idrografia)
• Torrente
• Ruscello
• Spartiacque

Altri progetti

• Commons

• Commons contiene file multimediali su Bacino idrografico

Collegamenti esterni

• Materiale didattico dal sito dell'Università di Firenze
• (EN) software che copre i concetti di geomorfologia fluviale e spartiacque idrologia

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