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Categorie: Biodiversità e Paesaggio | Conaf Scholar | SDAF08 - ECOLOGIA E PEDOLOGIA | SDAF17 - IDRAULICA AGRARIA E SISTEMAZIONI IDRAULICO-FORESTALI |

Vegetazione riparia e corsi d’acqua vegetati: un mondo da scoprire tra ecologia ed idraulica

Come trasferire le tecniche di misura delle caratteristiche ecoidrauliche dal laboratorio a corpi idrici vegetati colonizzati da specie riparie allo stato naturale

di Giuseppe Francesco Cesare Lama, vincitore del premio Stanca 2021
PhD in Agricultural Hydraulics and Watershed Protection, Sezione di Ingegneria Agraria, Forestale e dei Biosistemi – IAFB, Dipartimento di Agraria, Università degli Studi di Napoli Federico II

Le attuali sfide agro-ambientali legate ai cambiamenti climatici stanno mettendo in luce la crescente necessità di tutelare le risorse idriche in maniera sempre più decisa, soprattutto in zone sensibili del territorio italiano. In particolare, cruciale è il ruolo svolto dai corpi idrici vegetati, in cui convivono ecosistemi acquatici e terrestri, per i quali risulta estremamente utile riuscire a definirne il comportamento sia dal punto di vista ambientale che idrodinamico.
In questo studio vedremo come è possibile trasferire le più innovative tecniche di misura delle caratteristiche ecoidrauliche dal laboratorio a corpi idrici vegetati reali colonizzati da specie riparie allo stato naturale.

Ruolo della vegetazione riparia in ecoidraulica
La scienza che si occupa di analizzare il complesso meccanismo di interazione tra vegetazione riparia e corpo idrico vegetato è definita ecoidraulica, una disciplina che si fonda sui principi dell’ecologia e dell’idraulica fluviale.
Questa definizione include al suo interno alter importati discipline, quali la biologia acquatica, la fluidodinamica, la geomorfologia e l’idrologia.

La vegetazione riparia può presentarsi essenzialmente sotto tre forme, in funzione del rapporto tra l’altezza media delle piante ed il livello idrico all’interno del corso d’acqua.

  1. Quando le piante sono più alte del livello idrico, la vegetazione è detta “emergente”;
  2. se la vegetazione si sviluppa al livello del pelo libero, essa è detta “flottante”;
  3. quando le piante sono più basse del livello idrico, la vegetazione riparia è detta “sommersa”.
Le 3 forme della vegetazione riparia. ©Giuseppe Francesco Cesare Lama

Dal punto di vista della risposta alle condizioni di deflusso, i fusti possono definirsi flessibili o rigidi a seconda se si flettano o meno al passaggio della corrente idrica. Tipicamente, piante giovani si comportano come flessibili, mentre piante mature assumono un comportamento rigido.

Nella gestione della vegetazione riparia in corsi d’acqua vegetati, il classico approccio adoperato dagli enti gestori è stato sempre rivolto alla totale rimozione della stessa lungo l’intero perimetro delle sezioni idriche dei canali.
Questo comporta di sicuro un’elevata capacità di convogliamento per l’intero corpo idrico comportando, di contro, un forte impatto ambientale ed ecologico, basti pensare alle specie acquatiche e terrestri che si sviluppano al loro interno.
È altresì vero che la crescita incontrollata della vegetazione riparia nei canali vegetati da un lato garantisce la totale naturalità dello stesso, giocando a favore dei servizi ecosistemici, ma a spese di una bassissima capacità di deflusso, esponendo il territorio circostante a forti rischi di allagamento.

In questo contesto, è di fondamentale importanza riuscire a definire degli scenari di intervento intermedi, che possano garantire un soddisfacente equilibrio tra le necessità di protezione idraulica del territorio, sia esso agricolo che urbanizzato, e la tutela degli ecosistemi aquatici e terrestri che vivono e popolano il corpo idrico, contribuendo ad accrescerne il valore naturalistico.

L’idrodinamica dei corpi idrici vegetati
In questo studio sono stati presi in considerazione, per la prima volta nella letteratura scientifica, le tecniche e le metodologie di laboratorio utilizzate caratterizzazione dell’interazione idrodinamica tra corrente idrica e vegetazione riparia, all’interno di canali di bonifica reali caratterizzati da presenza massiva di vegetazione riparia. L’attenzione è stata riposta sulla Cannuccia di palude (Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud.), in condizioni di senescenza, avente cioè comportamento rigido. Estremamente diffusa in aree umide e aree depresse dell’intero pianeta, la Cannuccia di palude si sviluppa naturalmente secondo degli stands definiti canneti.

Nello specifico, sono stati condotti degli esperimenti a scala di campo in un canale di bonifica situato all’interno di una rete di bonifica gestita dal consorzio di bonifica 1 Toscana Nord, inserito all’interno del territorio posto sotto la tutela dell’Ente Parco Regionale di Migliarino S. Rossore Massaciuccoli.

Gli esperimenti sono stati volti alla caratterizzazione idrodinamica e vegetazionale del corpo idrico in esame, secondo tre diversi scenari di vegetazione riparia: una condizione di canneti in stato indisturbato, un taglio centrale dei canneti con due corridoi laterali di circa 1 m di vegetazione indisturbato sulle due sponde, e uno scenario di taglio totale dei canneti.

Un confronto tra 3 tipologie di taglio della vegetazione riparia: indisturbata, con taglio centrale e con taglio totale
Un confronto tra 3 tipologie di taglio. ©Giuseppe Francesco Cesare Lama

Il comportamento idrodinamico del corpo idrico in termini di distribuzioni trasversali di velocità media di corrente e principali caratteristiche turbolente è stato analizzato nei tre diversi scenari, nella sezione idrica di monte del corpo idrico attraverso misure del campo 3D di velocità istantanee, effettuate con uno strumento estremamente preciso quale l’acoustic Doppler velocimeter (ADV) in un grigliato composto da tre punti di misura posti a differente altezza lungo cinque verticali, per un totale di 15 punti di misura.

Lo strumento permette di caratterizzare l’intero campo di moto, in modo da poter accoppiare le misure idrodinamiche a misure di caratterizzazione dimensionale dei canneti nella stessa sezione del canale strumentata con l’ADV. All’interno del canale sono stati misurati, nello specifico, il diametro, l’altezza media, e la densità areale delle piante, quest’ultima definita come numero di canne per metro quadro di area di fondo del canale stesso. Per la prima volta a scala reale sono stati anche messi appunto dei modelli di previsione del comportamento idrodinamico dei canali vegetati, basati sul reperimento dei parametri appena menzionati.

Risultati salienti

In particolare, è stato possibile constatare che, nel caso dello scenario di taglio centrale della vegetazione, la capacità di deflusso legata alla distribuzione trasversale di velocità media di portata risulta comparabile, se non strettamente maggiore, della capacità di deflusso riscontrata nel caso di taglio totale e, come era lecito aspettarsi, molto maggiore che nel caso di vegetazione indisturbata. Dalla misura di livello idrico a parità di portata volumetrica circolante nel canale, si evince addirittura un livello idrico minore rispetto al caso do taglio totale, il che comporta anche un maggiore margine di sicurezza in ambito di protezione idraulica dei territori circostanti.

Inoltre, dall’analisi del campo di Energia Cinetica Turbolenta (k) ha messo in evidenza che l’agitazione turbolenta, seppure mantenendosi leggermente minore di quella che si ha nello scenario di taglio totale della vegetazione, lo scenario di taglio centrale dei canneti, consente un’agitazione in 3D molto soddisfacente, quasi dieci volte maggiore di quella relativa al caso di canneto in condizioni indisturbate.

È quindi possibile affermare che la proposta di scenario di gestione della vegetazione ripariale operata attraverso il taglio centrale dei canneti, oltre a fornire una fascia di rispetto di 1 m su ciascuna sponda atta a salvaguardare la qualità ambientale del corpo idrico, riesce a garantire un buon livello di agitazione ed ossigenazione dello stesso, uniti a una riduzione del rischio di allagamento rispetto al caso di canneti in condizioni indisturbate, risultati raggiungibili, cosa da non sottovalutare, attraverso costi di gestione e di forza lavoro minori rispetto al taglio totale dell’intero complesso di canneti all’interno del canale di bonifica.


BIBLIOGRAFIA
Errico, A., Lama, G.F.C., Francalanci, S., Chirico, G.B., Solari L., Preti F. 2019. Flow dynamics and turbulence patterns in a drainage channel colonized by Phragmites australis (common reed) under different scenarios of vegetation management. Ecological Engineering, 133, pp. 39-52.
https://doi:10.1016/j.ecoleng.2019.04.016.

Lama, G.F.C., Chirico, G.B. 2020. Effects of reed beds management on the hydrodynamic behaviour of vegetated open channels. 2020 IEEE International Workshop on Metrology for Agriculture and Forestry (MetroAgriFor), Trento, pp. 149-154.
doi: 10.1109/MetroAgriFor50201.2020.9277622.

Lama, G.F.C., Errico, A., Francalanci, S., Solari, L., Preti, F., Chirico, G.B. 2020. Evaluation of flow resistance models based on field experiments in a partly vegetated reclamation channel. Geosciences, 10(2), 47.
https://doi.org/10.3390/geosciences10020047.

Västilä, K., Järvelä, J. 2014. Modeling the flow resistance of woody vegetation using physically based properties of the foliage and stem. Water Resources Research, 4, 50, pp. 229-245.
https://doi.org/10.1002/2013WR13819.

2 Responses to Vegetazione riparia e corsi d’acqua vegetati: un mondo da scoprire tra ecologia ed idraulica

  1. Enzo Rispondi

    2 Aprile 2021 a 12:04

    Non si capisce, dall’esposizione, la dimensione della sezione del canale e la lunghezza/pendenza del tratto studiato. Il deflusso, è condizionato da impianto idraulico di sollevamento ? In che condizioni di deflusso é stata determinata la velocità media della sezione liquida e che valori ha raggiunto ? Da quanto si legge, se ho ben compreso, lasciare le golene (non aride) nelle condizioni di piena con cannuccia, si ottiene una portata di deflusso maggiore che con canale nudo. Sarebbe una stravolgente novità ! Si possono esaminare i dati sperimentali ?
    Grazie

  2. GIUSEPPE FRANCESCO CESARE LAMA Rispondi

    11 Giugno 2021 a 14:44

    Caro Enzo,
    chiedo scusa per il ritardo nel rispondere alle tue interessantissime osservazioni e richieste. Puoi trovare tutto il materiale che richiedi nelle references poste in calce all’articolo. Ad ogni modo le inserisco anche nel corpo di questa mia risposta.
    Grazie ancora per il tuo vivo interesse.

    Giuseppe.

    Errico, A., Lama, G.F.C., Francalanci, S., Chirico, G.B., Solari L., Preti F. 2019. Flow dynamics and turbulence patterns in a drainage channel colonized by Phragmites australis (common reed) under different scenarios of vegetation management. Ecological Engineering, 133, pp. 39-52.
    https://doi:10.1016/j.ecoleng.2019.04.016.

    Lama, G.F.C., Chirico, G.B. 2020. Effects of reed beds management on the hydrodynamic behaviour of vegetated open channels. 2020 IEEE International Workshop on Metrology for Agriculture and Forestry (MetroAgriFor), Trento, pp. 149-154.
    doi: 10.1109/MetroAgriFor50201.2020.9277622.

    Lama, G.F.C., Errico, A., Francalanci, S., Solari, L., Preti, F., Chirico, G.B. 2020. Evaluation of flow resistance models based on field experiments in a partly vegetated reclamation channel. Geosciences, 10(2), 47.
    https://doi.org/10.3390/geosciences10020047.

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