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Modelling of rainfall-induced runoff and superficial erosion in unsaturated air-fall soil deposits

Cuomo Sabatino
Articolo Immagine
ISSN:
0557-1405
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2018
Numero:
3
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 3/2018
DOI:
10.19199/2018.3.0557-1405.031

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Modellazione del ruscellamento idrico e dell’erosione superficiale indotti da pioggia in terreni da caduta parzialmente saturi. 

La presente nota tratta del ruscellamento idrico e dell’erosione superficiale indotti da eventi meteorici lungo pendii acclivi ricoperti da terreni da caduta in condizione di parzialmente saturazione, quali i terreni piroclastici e i loess. La nota discute le prestazioni e i limiti di un modello fisicamente basato, applicato alla scala delle prove di laboratorio e di reali bacini montani. Si focalizza anche l’attenzione anche sulla eventualità che un evento meteorico possa generare differenti tipologie di movimenti di massa di tipo flusso in un’area di studio prescelta.I risultati ottenuti dalla simulazione numerica di esperimenti di laboratorio ben documentati, eseguiti su pendii in scala ridotta (con estensione pari a pochi metri quadrati, vegetati o non), hanno evidenziato la capacità del modello di riprodurre in modo soddisfacente i valori di picco misurati per la portata idrica e per la concentrazione di materiale solido. Al contrario, le stime dei tempi di raggiungimento di tali picchi sono state meno soddisfacenti ancorché accettabili. I risultati ottenuti per cinque bacini montani, di differenti dimensioni (non superiore a 50 km2), dell’Italia meridionale, sono stati in buon accordo con precedenti risultati disponibili in letteratura, per quanto riguarda la portata di picco di acqua sommata al materiale solido ed il volume di solido eroso.Con riferimento alle stesse variabili, sono state anche evidenziate alcune similitudini e le differenze per i bacini montani in esame. Più in generale, la modellazione proposta ha ben riprodotto l’evidenza in sito che differenti tipi di flusso possono verificarsi, includendo i cosiddetti “hyperconcentrated flows”, “debris floods” e “flash floods”, anche in occasione di uno stesso evento meteorico.Un sistematico approfondimento delle potenzialità e dei limiti del modello utilizzato (e di altri simili) potrebbe essere utile per migliorare tali modelli. Ulteriori applicazioni di questo tipo di modelli potrebbero, inoltre, consentire un avanzamento nella comprensione dei processi di generazione di movimenti di massa di tipo flusso, che rappresentano fenomeni altamente pericolosi per le popolazioni e per le connesse attività antropiche.

The paper deals with unsaturated air-fall soils, such as pyroclastic and loessial deposits, prone to runoff and superficial erosion induced by rainfall. The performance and limitations of a physically-based model are discussed at both laboratory and at catchment scales, also by investigating in a case study the potential for rainfall to generate different flow-like mass movements. The results achieved for well-documented small-sized (few square meters large) slopes (bare or vegetated) outline the capability of the model to satisfactorily reproduce the experimental peak values of water discharge and sediment concentration. On the contrary, the simulated values for the time to reach the previous peak values are less satisfactory, but still acceptable. The outcomes of the model applied to five differently-sized catchments (< 10 km2) of Southern Italy show a good agreement with results taken from the literature, in terms of total peak discharge and volume of eroded sediments. Similarities and differences between those catchments are also outlined with reference to the previous variables. More in general, the proposed modelling well reproduces the field evidence that different types of flows may occur, such as hyperconcentrated flows, debris floods and flash floods, also during the same rainstorm. Further investiga-tion of the potentialities and drawbacks of the selected model (and others similar) could help to improve the physics behind and the mathematical formulation, as well as to enhance the understanding of generation processes for flow-like mass movements.

Keywords: runoff, erosion, pyroclastic, loess, suction