Le acque incanalate

Molinetto della Croda a Refrontolo (Tv) 

L'acqua che non s'infiltra nel terreno e che non evapora, scorre in superficie per azione della gravità. Perché ciò si verifichi, le precipitazioni (o in generale le fonti di alimentazione) devono superare l'imbibizione del terreno e l'evaporazione.
In base all'inclinazione del pendio, della resistenza dei materiali e del grado di fratturazione delle rocce, l'acqua opera una lenta erosione. Con il passare del tempo, incide un solco, dove l'acqua s'incanala.

Percorso di un fiume

Caratteristiche di un corso d'acqua

Un fiume presenta un'origine - sorgente, lago, ghiacciaio - l'alveo o letto, dove l'acqua scorre, delimitato da sponde o rive, oppure da argini.
Possiamo distinguere il letto ordinario (o letto apparente), che è l'alveo visibile, delimitato dalle sponde e il letto maggiore, che è completamente occupato in caso di piena eccezionale.

Il fiume scorre fino alla foce, cioè il punto in cui termina, che può essere la confluenza con un altro corso d'acqua, il mare (regioni esoreiche), un lago o il sottosuolo (regioni endoreiche), oppure, nelle aree desertiche, dove la circolazione superficiale è praticamente assente si parla di regioni areiche.

Un fiume è definito dalla lunghezza, cioè la distanza in chilometri tra l'origine e la foce, e dipende dalla morfologia del territorio attraversato.

La pendenza (o gradiente) (S), cioè il rapporto percentuale tra il dislivello (h) che separa la sorgente dalla foce (L),

S = (Δh/L) · 100

dipende sempre dalla conformazione del territorio: i fiumi più lunghi hanno generalmente pendenza modesta, mentre quelli più brevi sono di solito ripidi. La pendenza varia anche lungo il suo percorso, così possiamo distinguere:

1. un corso superiore, che va dalla sorgente alla pianura, dove la pendenza è massima;
2. un corso medio, che si estende lungo la pianura, dove la pendenza è minore rispetto al precedente;
3. un corso inferiore, che arriva alla foce e ha pendenza pressoché nulla.

Ritorneremo più avanti su questa tripartizione.

La portata (Q) è la quantità d'acqua che passa attraverso una sua sezione trasversale in un secondo e si calcola moltiplicando la velocità media V_m per l'area A della sezione; si esprime in m³/s.

Q = Vm ·  A

Il valore della portata è variabile nello spazio, cioè secondo il punto in si esegue la misurazione, e nel tempo.
Se il corso d'acqua ha portata scarsa e solo in occasione delle piogge, si hanno i rii o ruscelli; quando la portata è assai variabile, il regime è irregolare e gli alvei sono molto pendenti, abbiamo un torrente; un fiume, invece, ha un decorso perenne e una portata elevata.

Il regime idrometrico indica l'andamento stagionale della variazione della portata durante l'anno. Il regime è perenne quando la portata non si annulla mai. La portata può variare da una situazione di “magra”, quando la portata è bassa, a momenti di “piena”, tuttavia normalmente il fiume ha un regime abbastanza costante. Se invece la portata varia molto durante l'anno, abbiamo un regime torrentizio.
Quando un fiume rimane in secca per molti mesi ed è poi seguito da un breve periodo di portata elevata, si usa il termine fiumara.
Il regime dipende dalla fonte di alimentazione (piogge, neve, ghiacciaio), dal clima, dal tipo di terreno.
In base a un esame su tempi lunghi, possiamo distinguere i seguenti regimi:

• equatoriale, nel quale si hanno portate costanti per le abbondanti piogge presenti tutto l'anno;
• monsonico, dove si ha una piena estiva, per l'arrivo del monsone dal mare e una magra invernale;
• mediterraneo, con una piena invernale e una magra estiva;
• alpino, con una piena primaverile, per la fusione dei ghiacciai, e una magra invernale, quando la neve si deposita.

Il coefficiente di deflusso (C_D) è il rapporto tra la quantità d'acqua transitata in un anno attraverso il bacino idrografico, cioè la quantità d'acqua che un fiume convoglia annualmente al mare (deflusso superficiale D_h) e la quantità d'acqua meteorica (P) caduta nello stesso anno. In altre parole, è il rapporto tra deflusso e afflusso.

Cd = Dh/P

con 0 < CD < 1

Il deflusso superficiale è sempre minore dell'afflusso meteorico perché molta acqua è trattenuta dai ghiacciai, dalla vegetazione, dal suolo e dall'evapotraspirazione.
Se il bacino idrografico è costituito quasi esclusivamente da rocce impermeabili con scarsa copertura vegetale, il deflusso si avvicina al valore di 1, cioè tutta l'acqua di precipitazione viene incanalata. Invece, quanto più sono presenti terreni permeabili, tanto più il coefficiente di deflusso ha valori progressivamente minori.

La velocità di un corso d'acqua dipende dalla pendenza dell'alveo, dalla sua forma e dalla distanza planimetrica. La massima velocità si trova in una linea mediana poco sotto la superficie, perché ai lati e sul fondo si risente maggiormente dell'attrito.
La velocità dell'acqua può essere espressa dalla formula:

dove C è un fattore di rallentamento dovuto all'irregolarità del fondo; R è il raggio idraulico, cioè il rapporto tra la superficie della sezione trasversale del fiume e il perimetro dell'alveo bagnato dall'acqua; S è la pendenza.

Dalla velocità dipendono la forza erosiva del fiume (energia E) e la capacità di trasporto del materiale in sospensione (carico solido).
L'energia della corrente fluviale è direttamente proporzionale alla portata e al quadrato della velocità media.

E = Q  · Vm2

Il territorio di un determinato fiume in cui le acque defluiscono, direttamente o attraverso affluenti, in uno stesso alveo si chiama bacino imbrifero o bacino idrografico.
Un bacino idrografico è separato da un altro bacino dalla linea spartiacque, per cui le acque di dilavamento sono convogliate a fiumi diversi.
L'insieme di tutti i corsi d'acqua del bacino idrografico principale forma un sistema fluviale (reticolo idrografico), costituito da un corso principale e una serie di affluenti.

Azione geomorfologica

Il corso di un fiume può essere diviso in tre sezioni secondo la pendenza: torrenziale, alluvionale, di foce.

1. Zona torrenziale, o bacino di raccolta. Qui si raccolgono le acque di precipitazione o di sorgente che, per mezzo di ruscelli o corsi d'acqua, scendono per gravità verso punti posti più in basso. Data la forte pendenza e la conseguente notevole velocità, prevale l‘erosione. Lungo il percorso si possono incontrare rapide e cascate.
2. Zona alluvionale, o bacino di scolo. È il percorso che il fiume compie nella pianura, dove la velocità diminuisce. Essendo caratterizzata da variazioni di pendenza e quindi di velocità, si possono sviluppare l'erosione, il trasporto, il deposito. In genere prevale il trasporto del materiale eroso ma, soprattutto nelle fasi di magra, cominciano a depositarsi i sedimenti più grossolani fin qui trasportati.
3. Zona di foce, o bacino di deiezione. In questa zona, che termina con la foce, avendo pendenza quasi nulla, si depositano i sedimenti rimasti in sospensione, soprattutto quelli più fini.

Come abbiamo visto nella figura, quindi, i corsi d'acqua modellano la superficie attraverso:

• l'erosione delle rocce e del suolo,
• il trasporto di grandi quantità di sedimenti,
• la sedimentazione dei materiali che trasportano lungo il loro percorso o quando giungono al mare.

L'erosione

L'erosione operata dalle acque e dai detriti sull'alveo in cui scorrono un fiume o un torrente, prevalente nel corso superiore, si realizza attraverso un'azione meccanica e una chimica, mediante tre diversi processi:

• l'asportazione dei materiali dal letto e dagli argini a causa dell'azione dinamica delle acque correnti;
• l'abrasione, effettuata dai detriti trasportati e trascinati dalla corrente sui materiali dell'alveo e delle sponde. A causa dell'abrasione, le rocce del fondo vengono arrotondate per il continuo sfregamento dei detriti trasportati. Se vengono trasportati grossi ciottoli da moti vorticosi delle acque, essi provocano un'abrasione sul fondo formando buche quasi circolari, molto profonde e con un diametro anche di alcuni metri, chiamate marmitte dei giganti;
• i processi chimici di dissoluzione dei minerali solubili.

Formazione di una marmitta - Cadini di Brenton nella Valle del Mis 

Le acque e i materiali che scorrono a valle allargano il solco iniziale, incidendo i versanti del pendio fino a formare delle depressioni concave di forma allungata, longitudinale o trasversale (erosione lineare), che vengono chiamate valli, strutture che subiscono un lungo processo di evoluzione. 
Quando il dislivello è elevato, i fiumi scavano la valle in profondità (erosione verticale) e l'allargano quando diminuisce il dislivello (erosione trasversale). La conformazione delle valli fluviali dipende dunque dall'equilibrio tra le due forme di erosione. Se la valle ha un fondo ampio che tende a essere piatto, significa che prevale l'erosione trasversale, mentre se la valle ha una sezione trasversale a V prevale l'erosione verticale. Quando il corso d'acqua scorre su pendii particolarmente ripidi formati da rocce molto resistenti, come basalti e porfidi, l'erosione verticale può produrre solchi con pareti a strapiombo e fondovalle irregolare, chiamati forre. Dalla loro evoluzione si formano le gole, più ampie, a fondo più regolare e allargate in alto se si è in presenza di rocce più tenere. Negli ambienti aridi, la scarsità di acque di ruscellamento, e quindi di frane, si formano valli fluviali con pareti verticali, dette canyon.

Valle a V - Forra (Orrido del Piave) - Gran Canyon 

L'erosione regressiva è un tipo di erosione fluviale che, a partire dal livello di base, regredisce verso monte, facendo retrocedere ed eliminando gli eventuali gradini del letto. Esempi di erosione regressiva sono le cascate: i forti dislivelli che le caratterizzano si possono originare a opera di ghiacciai, faglie oppure dai fiumi stessi. In quest'ultimo caso, le cascate si formano perché il fiume scorre su rocce di diversa durezza disposte in sequenza, erodendo maggiormente i tratti costituiti da rocce tenere e creando di conseguenza un dislivello che può essere di centinaia di metri. Una volta che si è formata, una cascata regredisce verso monte, poiché la forte turbolenza delle acque in caduta erode la base della parete rocciosa, che finisce per franare, provocando l'arretramento del profilo della cascata fino a trasformarsi in cateratte, poi in rapide e infine si ha nuovamente un profilo continuo.

Erosione regressiva - Cascata delle Marmore 

Il trasporto

Il trasporto dei materiali erosi avviene essenzialmente nei seguenti modi:

• Per galleggiamento o fluitazione sono trasportati tronchi, rami foglie.
• In soluzione vengono trasportati ioni (carbonati, cloruri e solfati), sali, gas e sostanze organiche. Benché in genere sia molto ridotto, è importante, perché nell'arco di anni trasporta agli oceani ingenti quantità di ioni e sali, provenienti in massima parte dalle acque sotterranee che sono giunte al fiume
• In sospensione si trovano i detriti più fini, come sabbie, argille e silt che formano il trasporto di torbido. La maggior quantità dei detriti di un fiume è trasportata in sospensione.
• Per trasporto sul fondo (trascinamento, saltazione, rotolamento) sono trasportati le sabbie, i ciottoli e i detriti di maggiori dimensioni, troppo pesanti per restare in sospensione.

Trasporto fluviale 

La sedimentazione

Dopo un percorso lungo la valle, il fiume giunge alla pianura. Nel punto di raccordo tra la montagna e la pianura, la pendenza diminuisce bruscamente e i corsi d'acqua abbandonano i detriti grossolani, formando depositi a ventaglio detti conoidi di deiezione o conoidi alluvionali, simili ai delta, ma presenti sulla terraferma, mentre il materiale più fine viene trasportato un po' più lontano.

Schema di conoide alluvionale - Conoide ad Albosaggia (So) 

Alla fine si depositano anche i materiali detritici meno grossolani: ciottoli, ghiaia, sabbia e argille si spandono su ampie zone, costituendo depositi di spessore anche notevole. I sedimenti deposti sono detti alluvioni e nelle regioni pedemontane danno origine alle pianure alluvionali. I fiumi che vi scorrono sono bordati da argini naturali, accumuli di materiale parallelo alle sponde. Di conseguenza, con il passare del tempo, sul fondo continuano ad accumularsi sedimenti e il fiume tende a diventare pensile, cioè ad avere l'alveo a una quota superiore rispetto alla pianura circostante. Per questo motivo si innalzano potenti argini artificiali. Se, a causa di un abbassamento del livello di base, il corso d'acqua riprende a erodere, le acque correnti scavano nei sedimenti depositati precedentemente e il nuovo livello viene a trovarsi incassato fra due sponde di materiale alluvionale che lo sovrastano: si originano così i terrazzi fluviali.

Pianura alluvionale - Piana dell'Adige 

Terrazzi fluviali - Terrazzi fluviali nei Monti Altaj 

Nelle pianure alluvionali, dove il fiume scorre più lentamente, raramente si ha un percorso rettilineo. Più spesso il fiume si suddivide in canali minori oppure forma anse molto ampie, dette meandri. I meandri si modificano continuamente e si spostano sia lateralmente che verso valle a causa delle differenze di velocità della corrente sulle due sponde dell'ansa. L'acqua tende ad erodere la sponda esterna, mentre sulla riva interna si depositano dei sedimenti a causa della diminuzione di velocità. Con il passare del tempo si accentua la sinuosità fino ad isolare una semiluna (meandro morto) e il fiume comincia a scorrere su un nuovo tratto rettilineo.

Meandri 

Tutti i fiumi che non sono affluenti di altri corsi d'acqua terminano sfociando in un lago o in mare. Ormai sono stati depositati tutti i materiali più grossolani e rimangono solo quelli più fini e gli ioni in soluzione. 
Se il fiume sfocia in un lago o in un bacino tranquillo, con ampiezza delle maree inferiore al metro, nel quale le onde e le correnti non hanno energia sufficiente per disperdere i sedimenti trasportati dal corso d'acqua, i materiali si depositano gradatamente, accumulandosi in una serie di strati con giacitura orizzontale che formeranno un delta, con una caratteristica struttura a ventaglio. 
Se un fiume sfocia in un mare con maree di notevole ampiezza, la densa acqua salata si infila sotto quella dolce del fiume senza mescolarsi e nel ritorno asporta i sedimenti fluviali, impedendo la formazione del delta. In questi casi la foce del corso d'acqua si allarga e assume una forma a imbuto, generando un estuario.

Foci a delta (Nilo) e a estuario (Rio de la Plata) 
Delta del Po 
Foci dell'Adige 

Il profilo di un corso d'acqua

Il profilo longitudinale di un fiume è la linea altimetrica che segue il percorso del fiume dalla sorgente alla foce. 
Il percorso di un fiume dalla sorgente alla foce segue pendenze diverse: più accentuate in prossimità della sorgente, più ridotte man mano che il fiume si avvicina alla foce. 
A causa del prevalere dell'erosione nel tratto a monte e della sedimentazione nel tratto a valle, il profilo longitudinale si modifica nel tempo: il letto di un fiume tende con il passare del tempo ad approfondirsi, a eliminare gradualmente eventuali gradini e dislivelli presenti lungo il suo corso e a raggiungere così un profilo concavo verso l'alto e tangente al livello di base, cioè al punto in cui sfocia, quota al di sotto della quale il fiume non può erodere l'alveo in cui scorre. Il profilo dell'alveo fluviale si definisce profilo di equilibrio quando il fiume trasporta unicamente i materiali detritici provenienti dal denudamento dei versanti, senza erodere e depositare, se non alla foce. 
Nella realtà questa situazione non si verifica mai se non in alcuni grandi fiumi come il Volga e il Don, perché l'erosione e la sedimentazione non si mantengono costanti, perciò si creano situazioni di equilibrio dinamiche e provvisorie.

Evoluzione del profilo longitudinale di un fiume 

Il ciclo di Davis

Alla fine dell'Ottocento il geomorfologo statunitense William Morris Davis, partendo dal concetto che i vari stadi dell'erosione di una regione fanno parte di un processo ciclico, propose un modello di evoluzione del paesaggio, chiamato ciclo geomorfico. 
Davis paragonò questo ciclo evolutivo alle fasi di vita di un organismo, identificando tre periodi durante i quali avrebbero agito i processi: stadio di giovinezza, di maturità e di vecchiaia. 
Il ciclo inizia con un sollevamento tettonico di un'ampia area quasi piana, ad opera degli agenti endogeni, seguito dall'azione dei processi esogeni e in particolare dell'erosione fluviale, che incidono e modellano un paesaggio di pendii e valli, e successivamente dall'erosione dei rilievi fino alla formazione di una superficie pressoché spianata o penepiano. 
Lo stadio di giovinezza è tipico dei rilievi montuosi di recente formazione (Alpi, Ande) ed è caratterizzato da notevoli dislivelli, brusche modificazioni di pendenza, presenza di gole, strette valli a V, cascate e rapide. La rete idrografica è poco organizzata, i fiumi scorrono impetuosi e l'azione erosiva lineare di approfondimento dell'alveo è predominante. I processi di sedimentazione, assai ridotti, si verificano solo allo sbocco delle valli dove si formano grandi conoidi di deiezione. 
Nel successivo stadio di maturità, il profilo dei corsi d'acqua principali è vicino all'equilibrio: si riduce l'erosione lineare e il fondovalle si allarga, perché predomina l'erosione trasversale; grazie all'azione degli affluenti e delle acque meteoriche sui fianchi della valle, questi diventano meno ripidi. Intensi processi di sedimentazione colmano gli ampi fondovalle, dando origine a terreni alluvionali coltivabili. L'azione geomorfologica del fiume si attenua, i rilievi sono arrotondati e addolciti. In questo stadio sono i Carpazi, il Giura svizzero e i Grampiani scozzesi. 
Nello stadio di vecchiaia, il territorio è pressoché completamente spianato (penepiano), con lievi ondulazioni e rari rilievi a dosso isolati: il dislivello è pressoché nullo, e tutto il territorio è quasi al livello del mare; i corsi d'acqua si muovono lentamente formando ampi meandri, argini naturali e paludi e l'azione predominante è il deposito di spesse coltri di sedimenti. È lo stadio che corrisponde al tratto terminale del profilo longitudinale del fiume ed è tipico delle regioni geologicamente più antiche, come lo scudo canadese e le Ardenne. 
Se l'area è interessata da una nuova fase di sollevamento, il fiume inizia un nuovo ciclo erosivo che tende a costruire un penepiano a un livello più basso del precedente; durante questa fase di ringiovanimento si formano i terrazzi fluviali. 
Anche in occasione di un abbassamento generale del livello marino si ha necessariamente una ripresa o una accentuazione dell'attività erosiva dei corsi d'acqua per raggiungere il nuovo livello di base. 
La teoria di Davis è molto semplice, ma per molti aspetti riduttiva: in molti casi il modellamento del paesaggio non segue rigorosamente i passaggi indicati o addirittura avviene con modalità completamente diverse.

Evoluzione di un fiume