Analisi sperimentale sulla nascita e sullo sviluppo di reti a marea generate in laboratorio

Channel networks are widespread morphological features of tidal systems that exert a strong control on hydrodynamics, sediment dynamics and nutrient circulations within intertidal habitats. Improving our understanding of the chief landforming processes driving their ontogeny and long-term evolution is very important when addressing issues of conservation of tidal systems, exposed to the effects of climate changes and human interference. In this work the results of a first series of laboratory experiments are presented, which were designed in order to improve our understanding of the main processes governing tidal network initation and its progressive morphodynamic evolution. The experiments are carried out in a large experimental apparatus, aimed at reproducing a typical back-barrier lagoonal environment subject to tidal forcings. The principal objectives achieve in this work are: (i) the specification of initial and boundary condition that allow network initation in the present experimental apparatus, starting from a plane horizontal tidal flat; (ii) the analysis of the effects produced by variation of some boundary conditions on channel network initation and development; (iii) the analysis of channel network equilibrium; (iv) the study of experiment repeatability; (v) the analysis of network contraction/expansion due to mean water level fluctuations. The synthetic networks displayed geomorphic features which compare favourably with those of actual networks, showing that our experimental framework proves to be a useful tool for analyzing the processes governing the formation and evolution of tidal channel networks. In particular, the synthetic networks display width-to-depth ratios and seaward exponential widening and deepening in accordance with observational evidence. Furthermore experimental networks reproduce statistical network characteristics of geomorphic relevance, such as the exponential probability distribution of unchanneled path lengths. The final part of the work is dedicated to comparison between experimental, conceptual and numerical model results, in order to point out analogies and differences between them. In particular, this experimental approach allows one to analyse the effects on channel network development due to mean water level variations, so far possible only through numerical modelling.

Le reti di canali che incidono gli ambienti a marea naturali esercitano un ruolo di primaria importanza nell'evoluzione ecomorfodinamica dei sistemi a marea. Esse, infatti, controllano l'idrodinamica, il trasportto dei sedimenti e la circolazione interna dei nutrienti e degli inquinanti. Una conoscenza migliore della ontogenesi e dei principali processi morfodinamici che guidano l'evoluzione nel lungo periodo delle reti di canali può fornire conoscenze fondamentali per la conservazione dei sistemi a marea, soggetti agli effetti dei cambiamenti climatici e degli interventi antropici. Nel presente lavoro sono presentati una serie di esperimenti condotti su di un modello fisico a fondo mobile riproducente in scala ridotta un bacino lagunare ideale, volti a indagare i principali processi morfodinamici responsabili della formazione e dello sviluppo delle reti di canali negli ambienti a marea. Gli obiettivi principali messi a fuoco nel lavoro sono: (i) l'individuazione delle condizioni iniziali e al contorno che consentono la formazione delle reti nell'apparato sperimentale a partire da un fondo piano e orizzontale; (ii) l'analisi degli effetti prodotti dalla variazione di alcune condizioni al contorno sulla formazione e sullo sviluppo delle reti; (iii) l'analisi della condizione di equilibrio delle reti; (iv) lo studio della ripetibilità degli esperimenti; (v) l'analisi degli effetti di contrazione/espansione della rete dovuti a variazioni del livello medio di propagazione della marea. L'analisi morfometrica delle reti generate in laboratorio evidenzia molte analogie con le reti osservate negli ambienti a marea reali, a conferma del fatto che gli esperimenti condotti nell'ambito del presente lavoro rappresentino uno strumento utile per approfondire la conoscenza dei processi morfodinamici citati. Si evidenzia tra l'altro una importante corrispondenza tra le principali caratteristiche geomorfologiche delle reti, quali l'andamento esponenziale di larghezza e profondità lungo gli assi dei canali, la variazione lineare del rapporto larghezza-profondità lungo i canali e la distribuzione di probabilità esponenziale delle lunghezze fuori rete. La parte finale del lavoro è dedicata al confronto tra i risultati ottenuti con il modello sperimentale e quelli deducibili da modelli concettuali e numerici di evoluzione delle reti a marea proposti in letteratura, in cui si evidenziano analogie e differenze tra gli uni e gli altri. In particolare, risulta che la sperimentazione proposta consente l'analisi degli effetti di contrazione/espansione delle reti dovuti alla variazione del livello medio di propagazione della marea, finora possibile solamente mediante la modellazione numerica.