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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2011)
© Casa Editrice Università La Sapienza
www.ijege.uniroma1.it
DOI: 10.4408/IJEGE.2011-01.O-02
m
aSSimo
RINALDI
(*)
,
n
icola
SURIAN
(**)
,
f
ranceSco
COMITI
(***)
& m
artina
BUSSETTINI
(****)
(*)
Università degli Studi di Firenze - Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale - e-mail: mrinaldi@dicea.unifi.it
(**)
Università degli Studi di Padova - Dipartimento di Geografia
(***)
Libera Università di Bolzano - Facoltà di Scienze e Tecnologie
(****)
Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA), Roma
L’INDICE DI QUALITA’ MORFOLOGICA (IQM) PER LA vALUTAZIONE
E LA CLASSIFICAZIONE IDROMORFOLOGICA DEI CORSI D’ACQUA
THE MORPHOLOGICAL QUALITY INDEX (MQI) FOR STREAM EvALUATION
AND HYDROMORPHOLOGICAL CLASSIFICATION
RIASSUNTO
Viene presentata la struttura generale di una nuova metodologia,
denominata IDRAIM (sistema IDRomorfologico di valutazione, Ana-
lisi e Monitoraggio dei corsi d’acqua
), che permette di valutare ed
analizzare le condizioni morfologiche di un corso d’acqua. In par-
ticolare, viene illustrato l’Indice di Qualità Morfologica (IQM) dei
corsi d’acqua appositamente sviluppato ai fini della classificazione
idromorfologica richiesta nell’ambito della Direttiva Quadro Acque
dell’Unione Europea (Dir 2000/60/CE o WFD).
Il metodo, basato sull’integrazione di rilievi sul terreno ed inter-
pretazione di immagini telerilevate, è strutturato in tre fasi: inquadra-
mento e suddivisione in tratti del corso d’acqua; valutazione dello
stato attuale; monitoraggio.
La suddivisione iniziale in tratti si basa principalmente sulle con-
dizioni fisiche del bacino, il grado di confinamento del corso d’acqua
e la morfologia dell’alveo. La valutazione delle condizioni attuali vie-
ne realizzata attraverso l’uso di una serie di schede che consentono
un’analisi guidata dei seguenti aspetti: (a) continuità (longitudinale e
laterale) del corso d’acqua; (b) configurazione morfologica dell’al-
veo; (c) configurazione della sezione; (d) struttura e substrato del
fondo; (e) vegetazione nella fascia perifluviale. I precedenti aspetti
vengono analizzati relativamente alle tre seguenti componenti: (1)
funzionalità geomorfologica; (2) artificialità; (3) variazioni morfolo-
giche. Viene utilizzato un sistema a punteggi per ottenere un Indice
di Alterazione Morfologica (IAM) e un Indice di Qualità Morfologica
(IQM), in base ai quali classificare il tratto in esame del corso d’ac-
qua. La fase di monitoraggio consente di valutare il mantenimento, o
le eventuali variazioni, delle attuali condizioni morfologiche.
T
ermini
chiave
: Indice di Qualità Morfologica dei corsi d’acqua, idromorfo-
logia, Direttiva Quadro Acque, valutazione morfologica, IDRAIM
INTRODUZIONE
La Direttiva Quadro Europea “Acque” (Water Framework Direc-
tive o WFD: e
uropean
c
ommiSSion
, 2000) introduce gli aspetti idro-
morfologici come elementi da valutare, oltre a quelli fisico-chimici e
biologici, per giungere ad una classificazione dello stato ecologico dei
corsi d’acqua. Nonostante l’impostazione innovativa della WFD, al-
ABSTRACT
The general structure of a new methodology, named IDRAIM
(sistema IDRomorfologico di valutazione, AnalisI e Monitoraggio
dei corsi d’acqua
), aimed at a hydromorphological assessment and
analysis of streams is presented. In particular, a stream Morpho-
logical Quality Index (MQI) developed for the hydromorphological
classification required by the European Water Framework Directive
2000/60/EC (WFD) is illustrated.
The methodological approach is based on integration of field
surveys with remote sensing and GIS analyses. The complete pro-
cedure is composed by three parts: initial setting and classification;
evaluation of the present morphological state and monitoring. The
initial classification is mainly based on catchment physiographic
conditions, channel confinement and morphology. The evaluation
of present morphological conditions is carried out by using a series
of forms allowing a guided analysis of the following aspects: (a)
longitudinal and lateral continuity; (b) channel pattern; (c) cross-
sectional configuration; (d) bed structure and substrate; and (e) veg-
etation in the riparian corridor.
The analysis is carried out with reference to the foregoing five
aspects by three components: (1) geomorphic functionality; (2) ar-
tificiality; (3) channel changes. A scoring system is used to obtain a
Morphological Alteration Index (MAI) and a Morphological Quality
Index (MQI). It is proposed that the two indices will allow to clas-
sify the morphological conditions of a stream. The monitoring phase
should then allow for a future assessment of possible variations of the
present morphological conditions.
K
ey
words
: stream Morphological Quality Index, hydromorphology, Water
Framework Directive, morphological assessment, IDRAIM
INTRODUCTION
The Water Framework Directive (WFD) (e
uropean
c
ommiS
-
Sion
, 2000) introduces hydromorphology as one of the elements to
be evaluated, besides water quality and biological aspects, in order
to obtain an evaluation and classification of the stream ecological
state. Notwithstanding the innovations of the WFD, some limita-
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L’INDICE DI QUALITA’ MORFOLOGICA (IQM) PER LA vALUTAZIONE E LA CLASSIFICAZIONE IDROMORFOLOGICA DEI CORSI D’ACQUA
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M. RINALDI, N. SURIAN, F. COMITI & M. BUSSETTINI
tions are recognised, among which hydromorphology appears to
be the component taken least into consideration, such as to even-
tually compromise the achievement of the fundamental objectives
of the directive.
Nowadays a full comprehension of morphological aspects and
parameters more strictly correlated to the ecological state of a stream
are still missing, even though several efforts have been recently de-
voted to this issue (see for example: k
ail
& H
ering
, 2009; w
yżga
et
alii, 2009; g
urnell
et alii, 2009). A wide consensus however exists
on the fact that geomorphic processes of streams and their dynamic
equilibrium conditions spontaneously promote habitat diversity and
functioning of aquatic and riparian ecosystems (e.g. c
larke
et alii,
2003; p
almer
et alii, 2005).
However, the approach used up to now in most European
countries tends to reflect ‘river habitat survey’ procedures (see
for example the RHS in UK, r
aven
et alii, 1998), which are suit-
able to characterize the presence and diversity of physical habitats
but which have not been developed to comply with the WFD re-
quirements. Therefore, there is an increasing need for an approach
based on the consideration and understanding of geomorphologi-
cal processes responsible for river functioning, that can be used
not only for a classification but also for supporting analyses of
pressures and impacts, and design of mitigation measures. Some
examples of new methods currently developed in Spain (o
llero
et
alii, 2007) and in France (SYRAH procedure - c
HandeSriS
et alii,
2008) are in this direction.
The aim of this research is to develop a system of stream mor-
phological assessment and classification at national level with a
series of requisites previously detailed (adequate spatial scales,
consideration of processes and trends of channel evolution, etc.)
which, at the same time, would be sufficiently simple and practical
(r
inaldi
et alii, 2010). In this paper, the general structure of this
new methodology and some results of first applications to Italian
streams and rivers are presented.
REvIEW OF EXISTING METHODS FOR HYDRO-
MORPHOLOGICAL EvALUATION
The term “hydromorphology” has been introduced by the WFD
(e
uropean
c
ommiSSion
, 2000), and includes consideration of: (a) the
extent of modification to the flow regime; (b) the extent to which wa-
ter flow, sediment transport and the migration of biota are impacted
by artificial barriers; (c) the extent to which the morphology of the
river channel has been modified, including constraints to the free
movement of a river across its floodplain (S
ear
et alii, 2003). Follow-
cuni aspetti cruciali possono compromettere il raggiungimento degli
obiettivi fondamentali della direttiva stessa, ad esempio la mancanza di
metodologie adeguate per la valutazione degli aspetti idromorfologici.
Attualmente non esiste ancora una piena comprensione di quali
siano gli aspetti ed i parametri morfologici più strettamente corre-
labili con lo stato di salute ecologico di un corso d’acqua, seppure
numerose ricerche si siano dedicate recentemente a questo argomento
(si veda ad es. k
ail
& H
ering
, 2009; w
yżga
et alii, 2009; g
urnell
et alii, 2009). Esiste tuttavia un ampio consenso sul fatto che il fun-
zionamento dei processi geomorfologici del corso d’acqua e le sue
condizioni di equilibrio dinamico promuovono spontaneamente la
diversità di habitat ed il funzionamento degli ecosistemi acquatici e
ripariali (p
almer
et alii, 2005; c
larke
et alii, 2003).
Le metodologie finora più frequentemente proposte per valutare gli
aspetti idromorfologici ai fini della WFD si identificano con le proce-
dure note come ‘rilievo degli habitat fluviali’ (‘river habitat survey’: si
veda ad es. il metodo RHS in UK, r
aven
et alii, 1998), le quali sono
adatte a caratterizzare la presenza e diversità di habitat fisici ma non
consentono una reale valutazione degli aspetti idrologici e geomorfolo-
gici del corso d’acqua in quanto si basano su approcci di tipo ecologico.
E’ pertanto crescente l’esigenza di adottare un approccio basato sulla
considerazione e comprensione dei processi geomorfologici che deter-
minano il funzionamento fisico del corso d’acqua, che possa non solo
consentire una classificazione dello stato morfologico attuale, ma an-
che supportare un’analisi delle pressioni e degli impatti, fondamentali
per la progettazione di misure finalizzate al miglioramento delle con-
dizioni morfologiche ed ecologiche e per il monitoraggio dell’efficacia
di queste misure. In tale direzione si collocano alcuni esempi di nuove
metodologie sviluppate in Spagna (o
llero
et alii, 2007) ed in Francia
(metodo SYRAH, c
HandeSriS
et alii, 2008).
Partendo da questi presupposti, l’obiettivo della ricerca è stato
quello di sviluppare un sistema di indagine, valutazione e classifica-
zione morfologica dei corsi d’acqua a scala nazionale che presenti
una serie di requisiti precedentemente sottolineati (ad esempio scale
spaziali adeguate per una comprensione dei processi fisici, conside-
razione delle tendenze evolutive) e che al tempo stesso sia sufficien-
temente semplice ed operativo da poter essere adottato ai fini della
WFD (r
inaldi
et alii, 2010). Nel presente lavoro viene presentata la
struttura generale di questa nuova metodologia e alcuni risultati delle
prime applicazioni svolte su alcuni corsi d’acqua italiani.
RASSEGNA DEI METODI ESISTENTI PER LA vALU-
TAZIONE IDROMORFOLOGICA
Il termine “idromorfologia” viene introdotto dalla WFD (e
urope
-
an
c
ommiSSion
, 2000), e richiede di considerare i seguenti aspetti: (a)
esistenza ed entità delle alterazioni del regime delle portate liquide;
(b) alterazioni del flusso liquido e di sedimenti a causa di barriere ar-
tificiali; (c) modificazioni della morfologia dell’alveo, incluse le co-
strizioni al libero movimento del corso d’acqua (S
ear
et alii, 2003).
Facendo seguito alla WFD ed in accordo alle definizioni adottate da
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THE MORPHOLOGICAL QUALITY INDEX (MQI) FOR STREAM EvALUATION AND HYDROMORPHOLOGICAL CLASSIFICATION
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2011)
© Casa Editrice Università La Sapienza
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vari autori (si veda ad es. CEN, 2004; n
ewSon
& l
arge
, 2006; m
aaS
& b
rookeS
, 2009; v
ogel
, 2011), l’idromorfologia può essere definita
come quella disciplina che, integrando l’idrologia e la geomorfologia
fluviale, studia i processi e le forme fluviali, le loro interazioni con le
pressioni antropiche e le implicazioni sui processi ecologici.
In campo internazionale sono stati sviluppati da diversi anni numerosi
metodi che si basano sul censimento degli habitat fisici e della diversità di
forme fluviali, noti anche come procedure di ‘rilievo degli habitat fluviali’
(‘river habitat survey’). Tra i metodi utilizzati in Europa rientranti in que-
sta categoria si possono annoverare il River Habitat Survey (RHS) (r
aven
et alii, 1998), il National Physical Habitat Index (National Environmental
Research Institute) in Danimarca, il Physical S.E.Q. (AE, 1998) in Francia,
ed infine il Caravaggio (b
uffagni
et alii, 2005), adattamento dell’RHS al
contesto italiano e mediterraneo. Bisogna tuttavia considerare che tali me-
todologie non sono state originariamente sviluppate per soddisfare i requi-
siti della stessa Direttiva. Tra i loro principali limiti si rimarcano i seguenti:
(a) usano approcci basati sulle forme e non includono considerazioni sui
processi e sulle tendenze evolutive; (b) utilizzano ‘condizioni di riferimen-
to’ in termini di forme (presenza e numero di determinate caratteristiche)
facendo uso di ‘tratti di riferimento’ nelle attuali condizioni (seppure pos-
sono essere già in parte alterati); (c) la scala spaziale di indagine (quella del
‘sito’, cioè con lunghezza dell’ordine di qualche centinaio di m) non può
essere considerata adeguata per una reale diagnosi e comprensione degli
aspetti morfologici, in quanto l’alterazione fisica in un sito è conseguenza
di processi e cause che coinvolgono scale più ampie; (d) tali procedure
poco si adattano ad un’analisi delle pressioni e degli impatti finalizzata
alla progettazione di misure e alle successive verifiche della loro efficacia,
come richiesto nei piani di gestione previsti dalla WFD. Si consideri ad
esempio un tratto di alveo che abbia subito intense modificazioni mor-
fologiche (incisione, restringimento) negli ultimi decenni, come è mol-
to frequente in corsi d’acqua italiani (S
urian
et alii, 2009). Attraverso il
metodo RHS si effettua un censimento delle forme attuali (ad es. barre,
riffles, pools, ecc.) e del loro numero, pertanto il risultato potrebbe essere
relativamente elevato (si pensi ad esempio ad un tratto trasformatosi da
una morfologia a canali intrecciati ad una a canale singolo ma comunque
caratterizzato da una relativa variabilità morfologica), trascurando com-
pletamente le alterazioni dei processi legate alle variazioni morfologiche
(ad es. disconnessione con la piana inondabile, perdita di habitat in alveo
e nella fascia perifluviale, ecc.). Inoltre, il valore dell’indice RHS potrebbe
variare notevolmente a seconda della scelta del sito di applicazione (500 m
di lunghezza), che potrebbe risentire di situazioni locali.
In ambito nazionale, oltre al già citato Caravaggio, è certamente
da ricordare l’IFF (Indice di Funzionalità Fluviale: S
iligardi
et alii,
2007), il quale tuttavia mira a valutare sinteticamente la funziona-
lità ecologica complessiva attuale di un tratto fluviale e non nasce
dall’esigenza di valutare specificatamente gli aspetti idromorfologici
in base al loro scostamento rispetto ad una situazione di riferimento.
Recentemente è stata inoltre realizzata una proposta metodologica di
valutazione integrata dello stato ecologico (FLEA: Fluvial Ecosystem
Assessment
) (n
ardini
et alii, 2008), specifica per le esigenze della
ing the WFD, and according to definitions adopted by various authors
(e.g. CEN, 2004; n
ewSon
& l
arge
, 2006; m
aaS
& b
rookeS
, 2009;
v
ogel
, 2011), hydromorphology can be defined as the discipline that,
by integrating hydrology and fluvial geomorphology, aims to study
fluvial forms and processes, their interactions with human impact,
and consequent implications on ecological processes.
Over recent years, several methods have been developed in many
countries, that are based on a census of physical habitats and diver-
sity of fluvial forms, also known as river habitat survey procedures.
Among those adopted in Europe and included in this category the
following can be mentioned: the River Habitat Survey (RHS) (r
aven
et alii, 1998), the National Physical Habitat Index (National Envi-
ronmental Research Institute) in Denmark, the Physical S.E.Q. (AE,
1998) in France, and the Caravaggio (b
uffagni
et alii, 2005), the lat-
ter deriving from the RHS adapted to the Italian and Mediterranean
context. It has to be considered that such methods were not originally
developed to satisfy the requirements of the WFD. Among the main
limitations of these methodologies, we note the following: (a) they
make use of a ‘form-based approach’ and do not include considera-
tions on processes and trends of adjustment; (b) as a consequence,
they define ‘reference conditions’ in terms of forms (presence and
number of given features) making use of ‘reference reaches’ in the
present conditions (although they can be partially altered); (c) the
spatial scale of investigation (coinciding with the ‘site’, with a length
of the order of some hundreds of meters) is inadequate for a real di-
agnosis and comprehension of morphological problems, as physical
degradation of a site is generally the consequence of processes and
causes at a wider scale; (d) these procedures are not appropriate for
an analysis of pressures and impacts aimed at the design of restora-
tion actions, as required by the WFD. For example, let us consider
a channel reach subject to intense adjustments (incision, narrowing)
during the last decades, as very frequently occurred along many Ital-
ian rivers (S
urian
et alii, 2009). By using the RHS method, a census
of present forms (i.e. bars, riffles, pools) and their number is carried
out, therefore the result could be relatively good (e.g. a reach chang-
ing from a braided to a single-thread morphology, but still maintain-
ing a diversity of forms), completely neglecting the alterations of
processes related to the channel adjustments (e.g. disconnection with
floodplain, loss of aquatic and riparian habitats, etc.). Furthermore,
the RHS value could significantly vary depending on the site of ap-
plication (length of 500 m), that could reflect local conditions.
In Italy, besides the Caravaggio, it is certainly to be mentioned
the IFF (Indice di Funzionalità Fluviale: S
iligardi
et alii, 2007),
that evaluate the overall ecological functionality of a river reach.
However, this was not developed to evaluate the degree of devia-
tion from a given reference condition, neither does it include the
hydromorphological aspects in some detail. Recently, a methodo-
logical framework of integrated assessment of the ecological status
has been proposed (FLEA: Fluvial Ecosystem Assessment) (n
ardini
et alii, 2008), that is specific for the requirements of the WFD and
background image
L’INDICE DI QUALITA’ MORFOLOGICA (IQM) PER LA vALUTAZIONE E LA CLASSIFICAZIONE IDROMORFOLOGICA DEI CORSI D’ACQUA
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M. RINALDI, N. SURIAN, F. COMITI & M. BUSSETTINI
WFD e che include gli elementi di qualità idromorfologica.
Recentemente, si registra uno sviluppo crescente di nuovi metodi
che denotano una maggiore considerazione dei processi geomorfo-
logici, l’impiego di scale temporali sufficientemente ampie e di me-
todologie adatte agli scopi (analisi in ambiente GIS) affiancate alle
indagini sul terreno. In questo ambito si segnalano le nuove metodolo-
gie sviluppate in Spagna (Indice Idro-Geomorfologico, IHG: o
llero
et alii, 2007) ed in Francia (SYRAH: Système Relationnel d’Audit de
l’Hydromorphologie des Cours d’Eau
, c
HandeSriS
et alii, 2008).
Per completare questa breve rassegna, è utile citare due metodo-
logie che, seppure non finalizzate all’applicazione della WFD, mira-
no ad una valutazione ed analisi geomorfologica dei corsi d’acqua ai
fini della gestione e riqualificazione. In questa categoria si può anno-
verare il Fluvial Audit nel Regno Unito (EA, 1998), una procedura
strutturata finalizzata alla definizione di strategie di gestione del corso
d’acqua e/o programmazione di interventi. Infine, un esempio parti-
colarmente significativo è quello del River Styles Framework (Au-
stralia), una procedura metodologica organica di analisi geomorfolo-
gica di un sistema fluviale sviluppata da b
rierley
& f
ryirS
(2005).
STRUTTURA COMPLESSIvA DEL METODO IDRAIM
La definizione dell’Indice di Qualità Morfologica dei corsi
d’acqua (IQM) si inserisce in una più ampia struttura metodologica
(IDRAIM) finalizzata, oltre che alla classificazione dello stato morfo-
logico attuale, anche ad una successiva analisi delle cause di altera-
zione ed al monitoraggio delle tendenze evolutive.
La procedura generale di classificazione e monitoraggio si basa,
coerentemente con quanto richiesto dalla WFD, sulla valutazione dello
scostamento delle condizioni attuali rispetto ad un certo stato di riferi-
mento. La definizione di uno stato di riferimento per gli aspetti idro-
morfologici è particolarmente problematica: la comunità scientifica in-
ternazionale è ormai concorde nel rinunciare a considerare come stato
di riferimento una situazione ‘primitiva’ completamente indisturbata in
quanto, oltre che di ardua definizione, sarebbe associata a condizioni
a scala di bacino completamente diverse dalle attuali e non definibili,
dato che la loro compromissione in Europa è avvenuta secoli se non
millenni addietro. Si ritiene opportuno far riferimento, in maniera più
pragmatica, a quelle condizioni che esisterebbero, nelle attuali condi-
zioni del bacino, in assenza di influenza antropica in alveo, nelle zone
riparie e nella pianura adiacente. Recentemente si rimarca sempre di più
la necessità di far riferimento ad una ‘immagine guida’ coincidente con
una condizione di equilibrio dinamico (c
larke
et alii, 2003; p
almer
et
alii, 2005), ovvero di mobilità dell’alveo, e di considerare ‘processi di
riferimento’ o ‘interazioni tra forme e processi di riferimento’ (b
ertoldi
et alii, 2009) piuttosto che ‘forme di riferimento’. Inoltre è importante
la comprensione delle tendenze evolutive, recenti ed attuali, del sistema
fluviale (indicate anche come ‘traiettorie di evoluzione’: b
rierley
&
f
ryirS
, 2005; d
ufour
& p
iégay
, 2009), non già nell’ottica di un recu-
pero di una condizione passata, quanto piuttosto per far sì che le azioni
future siano compatibili con il trend di aggiustamento morfologico del
includes the elements of hydromorphological quality.
Recently, an increasing development of new methods denoting
a stronger geomorphological component has been observed, with
an increasing consideration of physical processes, and the employ-
ment of sufficiently wide temporal scales and additional methods
(remote sensing, GIS) to integrate field surveys. In this context,
new methods developed in Spain (Indice Idro-Geomorfologico,
IHG: o
llero
et alii, 2007) and in France (SYRAH: Système Rela-
tionnel d’Audit de l’Hydromorphologie des Cours d’Eau, c
Han
-
deSriS
et alii, 2008) can be mentioned.
Finally, it is useful to mention some other methods existing in
other countries, not directly aimed at the application of the WFD but
to a stream evaluation and geomorphological analysis with scopes of
management and restoration. In this category the Fluvial Audit (EA,
1998) is included, a structured procedure aimed at the definition of
management strategies and/or interventions. Another particularly sig-
nificant example is that of the River Styles Framework (Australia), an
organic methodological procedure for a detailed geomorphological
analysis of a fluvial system developed by b
rierley
& f
ryirS
(2005).
OvERALL STRUCTURE OF THE METHOD IDRAIM
The definition of the stream Morphological Quality Index (MQI)
lies in a wider methodological framework (IDRAIM) also aimed at a
subsequent analysis of causes and monitoring of trends of evolution,
further to a classification of the present morphological state.
The general procedure of classification and monitoring is based,
according to the WFD requirements, on evaluating the deviation of
present conditions from a given reference state. Definition of a ref-
erence state for hydromorphology is problematic, and the scientific
community is nowadays in agreement to renounce considering a
‘pristine’, completely undisturbed condition because, besides being
extremely difficult to be defined, it would be associated to water-
shed conditions completely different from the present. It is therefore
more appropriate to refer to those conditions that would exist, in the
present watershed conditions, but in absence of human disturbances
along the channel and adjacent river corridor. Recently, it has been
increasingly necessary to refer to a ‘guiding image’ coinciding with
a condition of ‘dynamic equilibrium’ ( c
larke
et alii, 2003; p
almer
et alii, 2005), i.e. of channel mobility, and to consider ‘reference
processes’ or ‘reference process-form interactions’ (b
ertoldi
et alii,
2009) rather than ‘reference forms’. Furthermore it is important the
comprehension of the evolutive trends, recent and present, of the
fluvial system (in some cases also indicated as ‘trajectory’: b
rier
-
ley
& f
ryirS
, 2005; d
ufour
& p
iégay
, 2009), not in the perspective
of the recovery to a past condition but to ensure that future actions
would be compatible with the trends of channel adjustment. To this
aim, we can refer to recent researches in the fields of fluvial geo-
morphology and dynamics carried out at national scale during the
last years, by which the procedures of analysis of channel changes
have been improved and channel evolution conceptual models have
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THE MORPHOLOGICAL QUALITY INDEX (MQI) FOR STREAM EvALUATION AND HYDROMORPHOLOGICAL CLASSIFICATION
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 1 (2011)
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corso d’acqua. A tal fine, si può fare riferimento alle recenti esperienze
di ricerca nel campo della geomorfologia e dinamica fluviale condotte
durante gli ultimi anni in ambito nazionale, nell’ambito delle quali si
sono perfezionate le procedure di analisi delle variazioni morfologiche
e si sono sviluppati modelli concettuali di evoluzione (si veda ad es.
r
inaldi
, 2008; r
inaldi
et alii, 2008; S
urian
et alii, 2008, 2009).
Partendo da queste premesse, la valutazione delle condizioni attuali
ed il monitoraggio futuro si basano su un approccio integrato, facendo
uso sinergico delle due principali metodologie impiegate nello studio
geomorfologico dei corsi d’acqua, vale a dire l’analisi e le misure sul
terreno e l’impiego di immagini telerilevate e tecniche GIS. Per quan-
to riguarda le scale spaziali di analisi, viene adottato un approccio di
suddivisione gerarchica (hierarchical nested approach: b
rierley
&
f
ryirS
, 2005), distinguendo le seguenti unità di dimensioni decrescenti:
bacino idrografico; unità fisiografica e segmento fluviale (con lunghez-
ze dell’ordine delle decine di km); tratto (con lunghezze normalmente
dell’ordine di 1-5 km), costituente l’unità elementare per le analisi GIS;
sito, consistente in un sottotratto campione e costituente l’unità elemen-
tare di rilevamento sul terreno; unità sedimentaria, utile per misure di
dettaglio (ad esempio misure granulometriche dei sedimenti del fondo).
Complessivamente, l’analisi morfologica comprende le seguenti
fasi (Fig. 1):
1) Inquadramento e suddivisione iniziale: vengono delineati i princi-
pali aspetti che determinano la configurazione e le caratteristiche
del reticolo idrografico di un bacino e viene effettuata una prima
suddivisione dello stesso in segmenti e tratti, funzionale alle fasi
successive (solamente per bacini con area drenata >10 km
2
).
2) Valutazione dello stato attuale: lo stato dei tratti definiti in prece-
denza viene valutato sulla base delle condizioni attuali (funziona-
lità, artificialità) e delle variazioni recenti.
3) Monitoraggio: per alcuni tratti, scelti come rappresentativi, ven-
gono misurati i parametri ritenuti significativi per valutare se la
qualità morfologica del corso d’acqua rimane inalterata o se tende
verso un miglioramento o peggioramento.
been developed (see for example r
inaldi
, 2008; r
inaldi
et alii,
2008; S
urian
et alii, 2008, 2009).
Starting from these premises, the evaluation of present conditions
and future monitoring are based on an integrated approach, making
a synergic use of the two main methodologies employed in the geo-
morphological study of rivers, that are field survey and interpretation,
and remote sensing and GIS analyses. Regarding the spatial scales, a
hierarchical nested approach is adopted (b
rierley
& f
ryirS
, 2005),
considering the following spatial units of decreasing hierarchy:
catchment; physiographic units and fluvial segments (the latter hav-
ing lengths of the order of tens of km); stream reaches (with lengths
normally of the order of 1-5 km), corresponding to the basic unit for
remote sensing and GIS analyses; sites, consisting in a representative
sub-reach and corresponding to the basic unit for field survey; sedi-
mentary units, useful for measurements of detail (for example grain
size analysis of bed sediments).
The overall procedure of morphological analysis includes (Fig. 1):
1) Initial setting and classification: the main physical aspects deter-
mining the configuration and characteristics of the hydrographic
network are identified, and a first delineation of the rivers in seg-
ments and reaches is carried out.
2) Evaluation of the current morphological conditions: the morpho-
logical state of the river reaches previously defined is evaluated
in terms of present conditions (functionality, artificiality), and re-
cent channel changes.
3) Monitoring: for some reaches, selected as representative, a series
of parameters are measured to evaluate if the morphological qua-
lity of the stream remains unaltered or is changing.
Fig. 1 - Struttura metodologica generale
che illustra la suddivisione in tre
fasi e la lista dei principali aspetti
trattati per ognuna di esse
- General methodological frame-
work illustrating the division in
three phases and a list f the main
aspects for each one
background image
L’INDICE DI QUALITA’ MORFOLOGICA (IQM) PER LA vALUTAZIONE E LA CLASSIFICAZIONE IDROMORFOLOGICA DEI CORSI D’ACQUA
22
M. RINALDI, N. SURIAN, F. COMITI & M. BUSSETTINI
Per la valutazione dello stato attuale, coerentemente a quanto
riportato nelle norme CEN (2002) e richiesto dalla WFD, vengono
considerati i seguenti aspetti: (1) continuità longitudinale e laterale;
(2) configurazione morfologica (o pattern); (3) configurazione della
sezione; (4) struttura e substrato dell’alveo; (5) caratteristiche della
vegetazione nella fascia perifluviale.
La valutazione dello stato morfologico avviene poi sulla base di
tre componenti:
(1) Funzionalità geomorfologica: si basa sull’osservazione delle for-
me e dei processi del corso d’acqua nelle condizioni attuali e sul
confronto con le forme ed i processi attesi per la tipologia fluviale
presente nel tratto in esame.
(2) Elementi artificiali: si valutano la presenza, frequenza e continuità
delle opere e degli interventi antropici che possano avere effetti
sui vari aspetti morfologici considerati.
(3) Variazioni morfologiche: vengono valutate le variazioni morfo-
logiche relativamente recenti (con particolare riferimento, per le
variazioni planimetriche, agli ultimi 50-60 anni), al fine di veri-
ficare se il corso d’acqua abbia subìto alterazioni fisiche (ad es.
incisione, restringimento) e stia ancora modificandosi a causa di
perturbazioni antropiche non necessariamente ancora presenti.
Secondo questa impostazione, le condizioni di riferimento per un
corso d’acqua in un dato tratto possono essere così descritte: (a) fun-
zionalità dei processi, ossia una condizione di equilibrio dinamico;
(b) assenza di artificialità; (c) assenza di variazioni significative nella
configurazione morfologica, larghezza e quota del fondo negli ultimi
decenni.
Come schematicamente rappresentato in Fig. 1, l’analisi mor-
fologica qui trattata include solo quegli aspetti idrologici legati alle
alterazioni delle portate formative, ovvero di quelle portate ritenute
più significative in termini di processi geomorfologici e che quindi
determinano la forma dell’alveo. Le variazioni complessive del re-
gime idrologico (con particolare riferimento alle portate di magra)
sono analizzate separatamente e descritte in ISPRA (2009). In sin-
tesi, l’analisi del regime idrologico è effettuata in corrispondenza
di una sezione trasversale di un corso d’acqua sulla base di un In-
dice di Alterazione del Regime Idrologico, IARI, che fornisce una
misura dello scostamento del regime idrologico osservato rispetto
a quello naturale che si avrebbe in assenza di pressioni antropiche.
Lo IARI è costruito a partire dai dati di portata liquida (misura-
ti o stimati), dipendentemente dalla qualità e consistenza dei dati
stessi, mediante il confronto tra le portate giornaliere e/o mensi-
li che effettivamente transitano attraverso la sezione fluviale e le
corrispondenti portate naturali (stimate con diverse metodologie).
L’integrazione degli aspetti morfologici e di quelli idrologici per-
mette infine la caratterizzazione e classificazione idromorfologica
completa di un corso d’acqua.
For the current morphological state assessment, coherently with
CEN (2004) standards and WFD requirements, the following aspects
are considered: (a) longitudinal and lateral continuity; (b) channel
pattern; (c) cross-section configuration; (d) bed structure and sub-
strate; (e) vegetation in the riparian corridor. Then, the following
three components of morphological analysis are considered:
(1) Geomorphological functionality: based on the observation of
forms and processes in the present conditions, and their compa-
rison with forms and processes normally associated to that river
typology.
(2) Artificial elements: presence, frequency and continuity of artifi-
cial structures and interventions.
(3) Channel changes: recent morphological variations (with particular
reference, for the planimetric changes, to the last 50-60 years).
Following this framework, the reference conditions for a study
reach can be identified with the following: (a) functionality of the
processes, corresponding to dynamic equilibrium conditions; (b)
absence of artificiality; (c) absence of significant adjustments of
form, size and bed elevation in a time interval of the last decades.
As schematically represented in Fig. 1, the morphological
analysis here described only includes those hydrological aspects
related to alterations of formative discharges, i.e. those with
more significant effects on morphological processes. The overall
changes in the hydrologic regime (with particular emphasis on
low discharges) are analysed separately and described in ISPRA
(2009). In synthesis, the analysis of the hydrological regime is
carried out on a stream section on the basis of a Hydrological
Regime Alteration Index, HRAI, that provides a measure of the
deviation between the observed hydrological regime and the nat-
ural regime in absence of human pressures. The index HRAI is
obtained, dependent on available river discharge data quality and
consistency, by comparing the daily and/or monthly discharges
actually flowing through the cross section and the corresponding
natural discharges. The integration of morphological and hydro-
logical aspects allows for a complete characterization and clas-
sification of stream hydromorphology.
background image
THE MORPHOLOGICAL QUALITY INDEX (MQI) FOR STREAM EvALUATION AND HYDROMORPHOLOGICAL CLASSIFICATION
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INQUADRAMENTO E SUDDIvISIONE IN TRATTI
La prima fase della procedura di valutazione morfologica ha lo sco-
po di fornire un inquadramento delle condizioni fisiche del corso d’ac-
qua in esame e soprattutto di effettuare una prima suddivisione e classifi-
cazione in tratti relativamente omogenei, funzionale alle fasi successive
di analisi. Questa fase è a sua volta suddivisa nei seguenti step:
(1) Inquadramento e definizione delle unità fisiografiche. Ha lo scopo
di effettuare una prima suddivisione in macro-aree (unità fisiogra-
fiche) e macro-tratti (segmenti).
(2) Definizione del grado di confinamento. Lo scopo è di caratterizza-
re più in dettaglio le condizioni di confinamento (alveo confinato,
semiconfinato o non confinato), procedendo ad una prima suddi-
visione dei segmenti in tratti.
(3) Definizione della morfologia dell’alveo. Si procede ad una defi-
nizione delle tipologie morfologiche presenti, utilizzando criteri
diversi a seconda che si tratti di alvei confinati oppure semi- e
non confinati.
(4) Suddivisione in tratti. Si giunge alla definizione finale dei tratti te-
nendo conto, oltre che del confinamento e della morfologia dell’al-
veo, di altri fattori quali presenza di affluenti significativi, penden-
za dell’alveo, artificializzazione, dimensioni della pianura, ecc.
Come esempio di questa fase iniziale, si riporta il caso di studio del
Fiume Cecina (Toscana) illustrato in Fig. 2, nella quale sono rappresen-
tate le unità fisiografiche, i segmenti ed i tratti. Il bacino è suddiviso in
tre unità fisiografiche: (1) unità collinare montuosa dei rilievi interni: è
una zona prevalentemente collinare ma con porzioni anche fino a circa
1000 m s.l.m., facente parte dei rilievi interni appenninici (“Colline
GENERAL SETTING AND SUBDIvISION IN REACHES
The first phase of the evaluation procedure provides a general
setting of the physical conditions of the river and to carry out a first
classification in relatively homogeneous reaches, functional to subse-
quent analyses. This phase is divided in the following steps:
(1) General setting and identification of the physiographic units. A
first division of the watershed in macro-areas (physiographic
units) and in corresponding macro-reaches (segments) is carried
out.
(2) Definition of the confinement degree. River confinement (confi-
ned, semi-confined, unconfined) is characterized more in detail,
obtaining a preliminary subdivision of segments in reaches.
(3) Definition of channel morphology. Channel morphology is then
defined, using different criteria for confined and semi- unconfined
river reaches.
(4) Division in reaches. The final definition of reaches takes into ac-
count, besides confinement and channel morphology, additional
factors such as hydrologic discontinuities, channel slope, artifi-
ciality, alluvial plain size, etc.
As an example of initial classification, the case of the Cecina
River (Tuscany) is illustrated in Fig. 2, where the physiographic
units, river segments and reaches are reported. The watershed is
divided in three physiographic units: (1) hilly - mountainous unit:
it is a mainly hilly zone but with portions up to 1000 m a.s.l., in-
cluded in the inner apenninic reliefs (“Metalliferous hills”), with
a substrate predominantly composed of sedimentary rocks of the
Ligurian and Tuscan units, with significant presence of magmatic
Fig. 2 - Fase iniziale di inquadramento
e suddivisione in tratti: esempio
relativo al Fiume Cecina. A) De-
finizione delle unità fisiografiche,
segmenti e tratti del Fiume Cecina.
HM: unità collinare-montuosa dei
rilievi interni appenninici; H: unità
collinare; CP: unità di pianura co-
stiera. B) Foto panoramica relativa
all’unità collinare-montuosa. C)
Foto relativa all’unità collinare;
D) Immagine satellitare relativa
all’unità di pianura costiera
- Phase of initial classification: the
example of the Cecina River. A)
Definition of the physiographic
units, segments and reaches for the
Cecina River. HM: Hilly-moun-
tainous unit of the Apenninic inner
reliefs; H: Hilly unit; CP: Coastal
plain unit; B) Photo showing the
hilly-mountainous physiographic
unit. C) Photo showing the hilly
physiographic unit.; D) Satellite
image of the coastal plain unit
background image
L’INDICE DI QUALITA’ MORFOLOGICA (IQM) PER LA vALUTAZIONE E LA CLASSIFICAZIONE IDROMORFOLOGICA DEI CORSI D’ACQUA
24
M. RINALDI, N. SURIAN, F. COMITI & M. BUSSETTINI
Metallifere”), con substrato costituito in prevalenza da rocce sedimen-
tarie delle successioni ligure e toscana, con significativa presenza di
rocce magmatiche intrusive; (2) unità collinare: comprende un’ampia
fascia collinare che occupa gran parte del bacino, caratterizzata preva-
lentemente da rocce tenere del Miocene e del Pliocene, inclusi affiora-
menti di depositi marini (nella fascia prospiciente alla costa) e fluviali
del Quaternario; (3) unità di pianura costiera: è limitata agli ultimi 4
km circa del Fiume Cecina, caratterizzata da depositi alluvionali recenti
e dune costiere, assenza di confinamento e pendenze basse. Dall’in-
tersezione delle unità fisiografiche con il tracciato del Fiume Cecina
si ricava una prima suddivisione in 3 segmenti. La porzione di fiume
all’interno dell’unità collinare è tuttavia ulteriormente suddivisa in due
segmenti in base alle condizioni generali di confinamento: il segmento
2 è costituito da un’alternanza di tratti semiconfinati e tratti confina-
ti; il segmento 3 è caratterizzato dalla presenza continua di depositi
alluvionali e di conseguenza da soli tratti semi- e non confinati. L’ul-
teriore suddivisione in tratti tiene conto delle differenze di morfologia
dell’alveo e di ulteriori elementi di discontinuità. Il corso d’acqua risul-
ta suddiviso in 19 tratti (su una lunghezza totale del fiume di circa 80
km, quindi i tratti hanno una lunghezza media dell’ordine di circa 4.2
km), con i codici identificativi di ogni tratto definiti in ordine crescente
all’interno di ogni segmento (come riportato in Fig. 2).
vALUTAZIONE DELLE CONDIZIONI MORFOLOGI-
CHE ATTUALI
La procedura di valutazione delle condizioni morfologiche attuali
si applica ad un qualunque tratto definito nella fase precedente, ana-
lizzandone le tre componenti: (1) funzionalità geomorfologica; (2)
artificialità; (3) variazioni morfologiche. Tali aspetti vengono studiati
attraverso l’ausilio di apposite schede di valutazione, che consentono
un’analisi guidata attraverso l’impiego integrato di analisi di immagini
telerilevate, in ambiente GIS, e rilevamenti sul terreno. A tal fine ven-
gono usati un certo numero di indicatori, intesi di seguito in senso lato
per indicare attributi o descrittori qualitativi dei vari aspetti considerati:
ogni indicatore è poi valutato attraverso una o più variabili quantitative
o qualitative (per alcuni indicatori, soprattutto per la funzionalità, si fa
ricorso a valutazioni interpretative piuttosto che a parametri). Le schede
si differenziano, per alcuni indicatori, a seconda della tipologia fluviale,
in modo da consentire una valutazione relativa alle caratteristiche mor-
fologiche della tipologia d’alveo alla quale il tratto analizzato appartie-
ne. In particolar modo, sono definiti due protocolli di valutazione per le
due situazioni di: (1) alvei confinati; (2) alvei semi- o non confinati. Le
variazioni morfologiche vengono analizzate solo per i corsi d’acqua di
grandi dimensioni (larghezza alveo > 30 m), sia per quelli semi / non
confinati che per quelli confinati. Nelle Tab. 1, 2 e 3 sono riportati gli
indicatori utilizzati rispettivamente per la funzionalità, l’artificialità e
le variazioni morfologiche e le possibili risposte in forma sintetica. Per
ogni indicatore sono definite nella maggior parte dei casi tre possibili
risposte (solo per alcuni indicatori se ne prevedono due o più di tre):
(A) condizioni inalterate o alterazioni poco significative; (B) condizio-
intrusive rocks; (2) hilly unit: it includes a wide area occupying
most of the watershed, predominantly characterized by soft rocks
of Miocene and Pliocene, and Quaternary marine and fluvial de-
posits; (3) coastal plain unit: it is limited to about the last 4 km of
the Cecina River, and it is characterized by recent alluvial depos-
its and coastal dunes, absence of confinement, and low gradients.
From the intersection of the physiographic units with the Cecina
river course, a first division in 3 segments is obtained. However,
the portion of river included in the hilly unit is further divided in
two segments based on the confinement: segment 2 is an alterna-
tion of semiconfined and confined reaches; segment 3 is character-
ized by the continuous presence of alluvial deposits and, as a con-
sequence, only by semi- unconfined reaches. The further division
in reaches accounts for the differences in channel morphology and
other elements of discontinuity. It results that the river is divided
in a total of 19 reaches (on a total length of the river of about 80
km, implying that the reaches have a mean length of 4.2 km), with
the identification codes of each reach defined in increasing order
for each segment (as reported in Fig. 2).
EvALUATION OF PRESENT MORPHOLOGICAL
CONDITIONS
The assessment of present morphological conditions is applied
to any reach defined in the previous phase by analyzing three com-
ponents: (1) geomorphological functionality; (2) artificiality; (3)
morphological channel changes. Such aspects are investigated by
using specific evaluation sheet forms that allow for a guided analy-
sis by an integrated approach of remote sensing / GIS and field sur-
veys. For this scope, a number of indicators are used, where each
indicator is evaluated by one or more quantitative or qualitative
variables (for some indicators, particularly for the functionality,
interpretative observations rather than quantitative parameters are
used). Two evaluation protocols are defined for the two situations
of: (1) confined channels; (2) semi- unconfined channels. Morpho-
logical changes are evaluated for large channels (width > 30 m),
either for semi- unconfined and for confined streams. In Tab. 1, 2
and 3 the indicators for the functionality, artificiality, and channel
changes respectively are reported, with the possible answers in a
synthetic form.
For each indicator, three possible answers are defined in most
cases (except for a limited number with two or more than three an-
swers): (A) unaltered conditions or not significant alterations; (B)
intermediate conditions; (C) high alterations. A “Guide to the an-
swers” is coupled with the evaluation forms, explaining in detail
the meaning of each indicator and providing practical indications to
identify the correct answer. The complete evaluation forms, together
with the Guide to the answers and a Technical guidebook (r
inaldi
background image
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Tab. 1 - Indicatori di funzionalità utilizzati per la fase di valutazione, possibili risposte e relativi punteggi.
UNC: alvei semi- non confinati; C: alvei confinati; B/W: braided/wandering
- Functionality indicators used for the evaluation phase, possible answers, and relative scores. UNC:
semi- unconfined channels; C: confined channels; B/W: braided/wandering
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Tab. 2 - Indicatori di artificialità utilizzati per la fase di valutazione, possibili risposte e relativi punteggi.
- Artificiality indicators used for the evaluation phase, possible answers, and relative scores.
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et alii, 2010), are reported on the ISPRA web page at http://www.
sintai.sinanet.apat.it/view/index.faces.
In order to obtain a classification, it has been necessary to de-
fine an objective evaluation procedure. The criterion here utilized
is included within the evaluation scoring systems: scores are as-
signed to each indicator proportionally to its importance in the
overall evaluation.
The procedure developed, although relatively simple, includes
a high number of indicators (28): rather than to select few sig-
nificant indicators, it was preferred to consider all aspects for an
overall assessment or audit, in order to achieve a systematic and
organized analysis of the problem. For example, human distur-
bances are evaluated in two ways: on one hand as artificial el-
ements, on the other hand their impacts on the functionality of
processes and on channel adjustments are assessed. Indicators of
functionality require some interpretative level of morphological
forms and processes, rather than the measurement of given param-
eters, therefore they need expertise and specific knowledge of the
field of investigation.
For each indicator, the scores to be assigned to each answer are
reported on the evaluation form, proportionally to the degree of al-
teration, that is in increasing order from A (score 0) to C (maximum
score for that indicator). Furthermore, in the evaluation system a
judgement on the degree of confidence is introduced for each an-
swer, considering high, medium, and low confidence. In fact, cases
with missing information or data are possible. It is therefore useful
to distinguish the different cases a posteriori. Such system can al-
low for obtaining a simplified estimation of the overall uncertainty
degree associated with the final evaluation, that is the range of vari-
ation of the final score, calculating for those answers not having
high confidence the values that should be assigned in case of dif-
ferent answer.
ni intermedie; (C) forti alterazioni. Alle schede è abbinata una “Guida
alle risposte” che spiega nel dettaglio il significato dell’indicatore e for-
nisce indicazioni pratiche per l’identificazione della risposta. Le schede
complete, con relativa Guida alle risposte e Manuale tecnico-operativo
(r
inald
i et alii, 2010), sono disponibili sul sito ISPRA all’indirizzo
web http://www.sintai.sinanet.apat.it/view/index.faces.
Per poter giungere ad una classificazione è stato necessario defi-
nire una procedura oggettiva di valutazione. Il criterio qui utilizzato
rientra tra i sistemi di valutazione a punteggi, ovvero si assegnano
agli indicatori considerati dei punteggi proporzionali all’importanza
che ciascuno di essi assume nella valutazione complessiva.
La procedura sviluppata, seppure relativamente semplice, include
un numero elevato di indicatori (28): piuttosto che selezionare pochi
fattori ritenuti più significativi (di difficile definizione), si è ritenuto
infatti di dover procedere in modo da prendere in considerazione tutti
gli aspetti necessari per una valutazione complessiva (“audit” nella
terminologia anglosassone). Ad esempio le alterazioni antropiche
sono prese in esame sia dal punto di vista della presenza di elementi
di artificialità, che dei loro impatti sulla funzionalità dei processi ge-
omorfologici e sulle variazioni morfologiche indotte da tali alterazio-
ni. Gli indicatori relativi alla funzionalità richiedono un certo livello
interpretativo delle forme e dei processi morfologici (ovvero uso di
indicatori qualitativi), piuttosto che essere basati sulla misura di deter-
minati parametri; pertanto è necessario che l’applicazione sia svolta da
personale esperto, con adeguata estrazione professionale e preparazio-
ne specifica sull’argomento (geomorfologia fluviale).
Per ogni indicatore, nelle schede sono riportati i punteggi da attri-
buire ad ognuna delle possibili risposte, in maniera direttamente pro-
porzionale al grado di alterazione, vale a dire in senso crescente da A
(valore 0) a C (valore massimo per l’indicatore). Anche in conformità
con le richieste della Direttiva, nel sistema è stato inoltre introdotto un
giudizio sul grado di confidenza per ognuna delle risposte (distinguendo
Tab. 3 - Indicatori delle variazioni morfologiche utilizzati per la fase di valutazione, possibili risposte e
relativi punteggi. Tali indicatori si applicano solo nel caso di alvei grandi (larghezza >30 m
- Functionality indicators used for the evaluation phase, possible answers, and relative scores.
Such indicators are applied only to large channels (width >30 m)
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Regarding the final score, initially the total deviation S
tot
from
non altered conditions is calculated as sum of the scores assigned
to all indicators. A Morphological Alteration Index (MAI) is then
defined as:
where S
max
is the maximum possible deviation for the given stream
typology (it corresponds to the sum of scores of class C for all the
questions applicable to the study case). Such an index ranges there-
fore from a minimum of 0 (no alteration) to a maximum of 1 (maxi-
mum alteration).
Regarding the score of artificiality, an additional score (of 12)
is assigned to conditions of extremely high density for some type
of intervention (weirs, revetments, bank protections, and levees).
A stream Morphological Quality Index (MQI) is then defined as
complementary to the previous one, that is:
Such an index, contrary to the MAI, assumes a value of 0 in case
of maximum alteration, and a value of 1 in case of reference condi-
tions (corresponding to maximum functionality, minimum artificial-
ity and minimum channel changes). Based on MQI, five classes of
morphological quality are defined as follows: (1) very good or high,
MQI>0.85; (2) good, MQI=0.7÷0.85; (3) moderate, MQI=0.5÷0.7;
(4) poor, MQI=0.3÷0.5; (5) very poor or bad, MQI=0÷0.3.
The scores assigned to the indicators and the limits of the quality
classes have been verified and better defined on the basis of a test-
ing phase carried out on about 60 reaches representative of different
morphological conditions (confined, semi- unconfined, meandering,
braided, etc.) and of various situations of artificiality (ranging from
relatively natural to highly artificial streams).
APPLICATIONS OF THE MORPHOLOGICAL QUALI-
TY INDEX
The main rivers included in the testing phase are the following:
Arno, Brenta, Cecina, Esino, Foglia, Magra, Metauro, Ofanto, Pan-
aro, Piave, Scrivia, Tagliamento, Tevere, Trebbia, Volturno.
tra livello di confidenza alto, medio e basso). Possono infatti esserci dei
casi in cui si ha un’oggettiva mancanza di informazioni precise o dati, a
differenza di altre risposte che sono date con assoluta certezza; è quindi
opportuno, a posteriori, poter distinguere questi diversi casi. Tale siste-
ma può inoltre consentire di ottenere una stima (seppure semplificata)
del grado di incertezza complessivo, ovvero del range di variazione del
punteggio finale, calcolando per le risposte con confidenza non elevata i
valori che sarebbero stati attribuiti nel caso di risposta differente.
Per quanto riguarda la valutazione finale, si calcola inizialmente
lo scostamento totale S
tot
, definito come sommatoria dei punteggi at-
tribuiti a tutti gli indicatori. Si definisce poi un Indice di Alterazione
Morfologica (IAM), come:
dove S
max
corrisponde al massimo scostamento che si può ottenere per
la tipologia d’alveo in esame (corrisponde cioè alla somma dei punteg-
gi attribuibili alla classe C per tutte le domande applicabili al caso in
esame). Tale indice varia quindi da un minimo di 0 (nessuna alterazio-
ne) ad un massimo di 1 (massima alterazione).
Per quanto riguarda il punteggio relativo all’artificialità, va considera-
to che un alveo, pur non avendo una presenza contemporanea nello stesso
tratto di tutti i possibili elementi di artificialità, può presentare poche tipo-
logie di opere ma con elevata densità. Per tener conto di ciò, si definiscono
alcune condizioni di elevata artificialità relativamente alle opere di mag-
giore impatto (opere trasversali, rivestimenti del fondo, difese di sponda
ed arginature) alle quali viene attribuito un punteggio aggiuntivo (pari a
12) quando la loro densità o continuità è al di sopra di una certa soglia.
Si definisce quindi l’Indice di Qualità Morfologica (IQM) come
complementare del precedente, ovvero:
Tale indice assume quindi un valore 0 nel caso di massima altera-
zione, ed un valore di 1 nel caso di raggiungimento delle condizioni
di riferimento (massima funzionalità, minima artificialità e minime
variazioni). Sulla base dell’IQM si definiscono infine cinque classi di
qualità morfologica, come segue: (1) elevato, IQM>0.85; (2) buono,
IQM=0.7÷0.85; (3) moderato o sufficiente, IQM=0.5÷0.7; (4) sca-
dente o scarso, IQM=0.3÷0.5; (5) pessimo o cattivo, IQM=0÷0.3.
I punteggi relativi ai vari indicatori ed i limiti delle classi di
qualità morfologica sono stati verificati e meglio definiti a seguito di
una fase di test che è stata condotta su circa 60 tratti rappresentativi
di diverse condizioni morfologiche (confinati, semi- e non confinati,
meandriformi, a canali intrecciati, ecc.) e di varie situazioni di an-
tropizzazione (da corsi d’acqua relativamente naturali a fortemente
antropizzati).
APPLICAZIONI DELL’INDICE DI QUALITA’ MOR-
FOLOGICA
I principali corsi d’acqua interessati dalla fase di test sono i seguenti:
Arno, Brenta, Cecina, Esino, Foglia, Magra, Metauro, Ofanto, Panaro, Pia-
ve, Scrivia, Tagliamento, Tevere, Trebbia, Volturno. Di seguito si riportano
IAM = S
tot
/ S
max
(1)
IQM = 1 - IAM
(2)
MAI = S
tot
/ S
max
(1)
MQI = 1 - MAI
(2)
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Sentino stream along the Frasassi gorge. The first example is a
mountain stream along a confined reach, with a mean channel width
of 12 m and slope of 0.004. The channel is classified as confined
single thread, banks are often composed by rock outcropping (Fig.
3A), the channel bottom alternates some point of substrate outcrop-
ping to subreaches with cobble and gravel and a riffle-pool con-
figuration (Fig. 3B). Channel gradient is in fact not very high, as
the stream is not in its initial part but at the passage between two
semi-confined reaches. Channel changes are not considered given
the limited channel width (<30 m). There are not significant altera-
tions compared to the expected conditions, except for the indicators
F3 and 4 (hillslopes - stream connection and width of functional
vegetation) that are in class B given the presence of a road on the
side of the stream along all the reach. There are not significant struc-
tures upstream that can produce alterations to formative discharges,
while the existence of weirs upstream slightly alters the sediment
discharge (A2 in class B1). The final result is MQI=0.92 and the
reach is classified as very good.
Tagliamento River near Turrida. In this reach, located in the Up-
per Friulian Plain, the river is unconfined since the old terraces (one
terrace is clearly visible in the right side of Fig. 4A) are far apart al-
lowing a wide space for lateral mobility (more than 3 km). The river
displays a braided morphology and has the following characteris-
tics: the bed is mainly made of gravels; channel width ranges from
800 m to 1000 m; average channel slope is 0.003. The elements
alcuni esempi di applicazione dell’IQM, ordinati per valori decrescenti
dell’indice ed illustrando le principali caratteristiche e motivi di criticità.
Torrente Sentino presso la gola di Frasassi (Marche). Il primo
esempio riportato è quello di un torrente montano in un tratto confinato,
con larghezza media di 12 m e pendenza di 0.004. L’alveo è classificato
infatti come confinato a canale singolo, le sponde sono spesso costituite
da roccia affiorante (Fig. 3A), il fondo alterna punti di affioramento
del substrato a sottotratti con presenza di sedimento ciottoloso e ghia-
ioso e configurazione a riffle - pool (Fig. 3B). Le pendenze del fondo
non sono infatti molto elevate in quanto il corso d’acqua non è nel suo
tratto iniziale ma in una zona di raccordo tra due tratti semiconfinati.
Le variazioni morfologiche non sono prese in esame data la larghezza
ridotta (<30 m) del corso d’acqua. Non si riscontrano significative alte-
razioni rispetto alle condizioni attese, eccetto che per gli indicatori F3
ed F12 (connessione versanti - corso d’acqua ed ampiezza della fascia
di vegetazione perifluviale connessa al corso d’acqua) che si collocano
in classe B a causa della presenza di una strada su un lato del corso
d’acqua a ridosso dell’alveo lungo tutto il tratto. Non esistono opere a
monte che possano produrre significative alterazioni delle portate for-
mative e delle portate solide. Pertanto risulta IQM=0.92 ed il tratto si
classifica come elevato.
Fiume Tagliamento presso Turrida (Friuli Venezia Giulia). In questo
tratto, situato nell’alta pianura friulana, il corso d’acqua è non confinato
in quanto le scarpate dei terrazzi antichi presenti (un terrazzo è chiara-
mente visibile nel margine destro di Fig. 4A) lasciano un ampio spazio
Fig. 3 - Torrente Sentino presso la gola di Frasassi (IQM=0.92: ele-
vato). A) sponda in roccia; B) fondo in sedimenti e configura-
zione a riffle-pool
- Sentino stream along the Frasassi Gorge (MQI=0.92: very
good). A) rocky bank; B) channel bed composed of sedi-
ments and riffle-pool configuration
Fig. 4 - Fiume Tagliamento presso Turrida (IQM=0.87: elevato).
A) foto aerea del 2009 del tratto in esame che mostra una
tipica morfologia a canali intrecciati e la presenza di una
significativa fascia perifluviale con vegetazione arborea; B)
particolare dei canali e delle barre; C) particolare del detrito
legnoso in alveo e della vegetazione ripariale
- Tagliamento River near Turrida (MQI=0.87: very good). A)
aerial photo of 2009 of the study reach showing a typical
braided morphology and a riparian zone which has a notable
extent; B) photo of channels and bars; C) large woody debris
within the channel and riparian vegetation (in the background)
background image
L’INDICE DI QUALITA’ MORFOLOGICA (IQM) PER LA vALUTAZIONE E LA CLASSIFICAZIONE IDROMORFOLOGICA DEI CORSI D’ACQUA
30
M. RINALDI, N. SURIAN, F. COMITI & M. BUSSETTINI
that determine alterations of morphological quality are very few,
due to a relatively low human impact, if compared to other Italian
rivers, in the drainage basin and in the alluvial plain. The elements
of alteration are: (1) in-channel sediment removal, which occurred
mainly in the 1970s and 1980s, and, likely, removal of large woody
debris; (2) channel adjustments which have led to significant chan-
nel narrowing (about 50%, referring to channel width in the 1950s)
and moderate incision (about 1.5 m). The reach has MQI=0.87, and
is classified as very good.
Cecina River near Casino di Terra. It is an unconfined river that
flows within a relatively narrow plain in a hilly physiographic unit
(reach 3_7 in Fig. 2), with watershed area of about 635 km
2
. The
channel is classified as sinuous with alternate bars (Fig. 5A), with a
gravel bed and riffle-pool configuration, mean slope of about 0.003,
mean width of about 50 m. The main elements of alteration are: (1)
presence of some weirs upstream (A2 in class B1); (2) moderate
sediment mining in the past, in turn responsible for some signifi-
cant channel adjustments (moderate narrowing and incision, with
V2 and V3 both in class B); (3) some localized artificial elements in
the reach (bridge, sills, etc.). Notwithstanding such alterations, the
river presents some positive aspects, being characterized by some
lateral mobility, a good morphological diversity (Fig. 5B), presence
of a modern floodplain (even though narrow and discontinuous) and
of a potential erodible corridor, absence of levees, presence of a
corridor of spontaneous vegetation (continuous but of intermediate
width). The final result is MQI=0.78, therefore the reach is classi-
fied as good.
Furkelbach (Furcia Torrent) in Val Pusteria. The torrent Furkel-
bach (or Furcia) is a left tributary of Rienza River (Val Pusteria,
Provincia Autonoma di Bolzano), entirely belonging to a physi-
ographic unit of “alpine mountain area”. Its drainage area is 23.4
km
2
. The analysed reach (length of 1.7 km, from 1310 to 1148 m
a.s.l., with a mean bed slope of 9.5%) is a single-thread confined
stream with a mean channel width of about 8 m. The Furkelbach
represents a typical case of alpine torrent strongly altered by hy-
draulic structures, presence of an adjacent road that alters the hills-
lope - stream continuity, and maintenance interventions on riparian
vegetation. However geomorphic functionality results of intermedi-
ate level. Regarding artificiality, the highest criticality is represent-
ed by the presence of 67 weirs in the reach (Fig. 6A), with a result-
di divagazione (superiore ai 3 km). L’alveo ghiaioso ha una morfologia
a canali intrecciati, una larghezza variabile tra 800 e 1000 m ed una
pendenza media di 0.003. Gli elementi di alterazione della qualità mor-
fologica sono molto limitati, in relazione ad un antropizzazione conte-
nuta, se confrontata con altri fiumi italiani, sia nel bacino montano che
nell’area di pianura. Questi elementi sono: (1) interventi di rimozione di
sedimenti avvenuti soprattutto negli anni ’70 -’80 e, molto probabilmen-
te, di materiale legnoso; (2) variazioni morfologiche che hanno compor-
tato una significativa riduzione della larghezza dell’alveo (circa del 50
% rispetto agli anni ’50) e un’incisione moderata (circa 1.5 m). Il tratto è
risultato avere un
IQM=0.87, e viene pertanto classificato come elevato.
Fiume Cecina presso Casino di Terra (Toscana). Si tratta di un corso
d’acqua non confinato che scorre in una pianura relativamente stretta in
ambito collinare (tratto 3_7 in Fig. 2), con area del bacino sotteso di circa
635 km
2
. L’alveo è classificato come sinuoso a barre alternate (Fig. 5A),
con fondo ghiaioso e configurazione a riffle-pool, pendenza media di
0.003, larghezza media di circa 50 m. I principali elementi di alterazione
sono costituiti da: (1) presenza di alcune briglie a monte (A2 in classe
B1); (2) moderata attività di escavazione in passato (A10 in classe B1),
che a sua volta è stata responsabile di alcune significative variazioni mor-
fologiche (moderato restringimento ed incisione, con V2 e V3 entrambi
in classe B); (3) altri elementi localizzati di artificialità nel tratto (ponte,
soglie). Nonostante tali alterazioni, l’alveo presenta alcuni pregi, essendo
caratterizzato da una certa mobilità laterale, una buona diversificazione
morfologica (Fig. 5B), presenza di una piana inondabile attiva, seppure
stretta e discontinua, e di una fascia potenzialmente erodibile, assenza di
argini, presenza di una fascia di vegetazione spontanea perifluviale piut-
tosto continua anche se di larghezza intermedia, ecc. Il risultato finale è
IQM=0.78, pertanto il tratto si classifica come buono.
Furkelbach (Rio di Furcia) in Val Pusteria (Provincia Autonoma
di Bolzano). Il torrente Furkelbach (o Furcia) è un affluente in sinistra
idrografica del F. Rienza (Val Pusteria, Provincia Autonoma di Bolzano),
interamente appartenente ad un’unità fisiografica di “area montuosa alpi-
na”. La sua area drenata è pari a 23.4 km
2
. Il tratto analizzato (1.7 km di
lunghezza, tra quota 1310 e 1148 m s.l.m., per una pendenza media del
9.5%) si presenta confinato a canale singolo con larghezza media di circa
8 m. Il Furkelbach rappresenta il tipico caso di torrente alpino fortemente
alterato dalle sistemazioni idrauliche, dalla presenza di una strada ad esso
adiacente che altera la continuità tra versante e corso d’acqua e dagli in-
terventi di manutenzione della vegetazione perifluviale. La funzionalità
Fig. 5 - Fiume Cecina presso Casino di Terra (IQM=0.78: buono). A) Foto
aerea del 2006 di una parte del tratto che evidenzia la tipica mor-
fologia sinuosa a barre alternate; B) particolare del tratto che evi-
denzia la variabilità morfologica associata alla diversificazione di
forme e la presenza di sponde in erosione (sullo sfondo)
- Cecina River near Casino di Terra (MQI=0.78: good). A) Aerial
photo of 2006 of part of the reach highlighting the typical morphol-
ogy sinuous with alternate bars; B) particular of the reach show-
ing the morphological variability associated to a diversification of
forms and presence of retreating banks (on the back)
background image
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ing frequency of about 4 for each 100 m (therefore A4 is in class C
with further 12 scores assigned because of the very high density).
Furthermore, slightly upstream (400 m) there is a big open check
dam (Fig. 6B, A2 in class B1). Other artificiality elements include
some bank protections (A6 in class B), and the relevant removal and
cutting of riparian vegetation and wood (A11 and A12 in class C).
Summarising, MAI is equal to 0.54 and MQI to 0.46, meaning that
the quality of the reach is poor.
Panaro River near Vignola. It is an unconfined reach between
Vignola and Savignano (length of about 2 km), along the apex of an
alluvial fan (physiographic unit of high Apenninic plain), having a
mean channel slope of 0.007, and a mean width of 96 m. It represents
a case of very strong physical degradation, although the artificiality
is not at maximum levels, demonstrated by drastic changes in chan-
nel pattern and width (Fig. 7A e B), and of the channel bed (incision
>6m), mainly related to past intensive mining activity and reduction
of upstream sediment supply. Therefore the indicators of channel
geomorfologica risulta comunque nel complesso di valore intermedio.
Considerando l’artificialità, la maggiore criticità è certamente rappresen-
tata dal fatto che nel tratto sono presenti 67 briglie di consolidamento
(Fig. 6A), per una frequenza pari quindi a 4 ogni 100 m (pertanto A4 è
in classe C con ulteriori 12 punti assegnati per l’elevatissima densità di
opere). Inoltre, poco a monte (400 m) del tratto analizzato è presente una
briglia di trattenuta filtrante di notevoli dimensioni (Fig. 6B, A2 in classe
B1). Tra gli altri elementi di artificialità, sono da considerare alcune di-
fese longitudinali (A6 in classe B) e la rilevante attività di rimozione e
prelievo della vegetazione perifluviale e del materiale legnoso (classe C
per gli indicatori A11 e A12). In definitiva, l’IAM è pari a 0.54 e l’IQM a
0.46, ovvero il tratto presenta una qualità morfologica scadente.
Fiume Panaro presso Vignola (Emilia Romagna). E’ un tratto non
confinato compreso tra Vignola e Savignano (lunghezza di circa 2 km),
sull’apice del conoide (unità fisiografica di alta pianura appenninica),
con pendenza media di 0.007 e larghezza media di 96 m. Rappresenta
un caso con una forte degradazione fisica, seppure l’artificialità non è
Fig. 6 - Torrente Furkelbach in Val Pusteria (IQM=0.46: scadente). A) Il tratto
analizzato visto da valle: è evidente l’influenza delle briglie di conso-
lidamento sulla morfologia d’alveo, che non presenta strutture naturali
a gradinata come invece sarebbe naturale in base alla pendenza media
(9.5%), l’artificialità della vegetazione perifluviale soggetta a taglio pe-
riodico, e l’assenza totale di materiale legnoso in alveo; B) la briglia
filtrante di trattenuta presente subito a monte del tratto indagato
- Torrent Furkelbach (Furcia) in Val Pusteria (MQI=0.46: poor). The
analysed reach from downstream: it is evident the influence of the sev-
eral weirs on channel morphology, that does not present a natural
channel bed configuration with cascades as expected for the given
channel slope (9.5%), the artificiality of riparian vegetation subject
to periodic cutting, and the total absence of woody material within the
channel; B) the open check dam immediately upstream of the reach
Fig. 7 - Fiume Panaro presso Vignola (IQM=0.40: scadente).
A) Foto aerea del 1954 che mostra un alveo largo a
canali intrecciati; B) foto aerea del 2003 che mette
in evidenza il drastico restringimento e la variazio-
ne della configurazione morfologica (canale singo-
lo); C) particolare del tratto che mette in evidenza
le sponde instabili e le superfici terrazzate derivanti
dalla forte incisione; D) particolare che mette in evi-
denza l’affioramento di argilla sul fondo ed alla base
delle sponde causato dall’incisione
- Panaro River near Vignola (MQI=0.40: poor). A)
Aerial photo of 1954 showing a wide braided chan-
nel; B) aerial photo of 2003 highlighting the drastic
narrowing and change in channel pattern (single
thread); C) particular of the reach showing high
unstable banks and terraced surfaces deriving from
the strong incision; D) particular showing the clay
outcropping on the channel bed and basal banks
background image
L’INDICE DI QUALITA’ MORFOLOGICA (IQM) PER LA vALUTAZIONE E LA CLASSIFICAZIONE IDROMORFOLOGICA DEI CORSI D’ACQUA
32
M. RINALDI, N. SURIAN, F. COMITI & M. BUSSETTINI
changes (V1, V2 and V3) result with maximum scores. Other main
critical points are represented by presence of weirs upstream and in
the reach (A2 in class B2 and A4 in class B), absence of modern
floodplain (Fig. 7C), alteration of bed substrate with widespread clay
outcrops (F10 in class C2) (Fig. 7D), and reduction of morphologi-
cal diversity, in turn related to the strong incision. The final result is
MQI=0.40, therefore the reach is classified as poor.
Arno River in Florence. It is an unconfined reach within a plain
(physiographic unit of intermountain plain), well representative of
a large river crossing a densely urbanized area (Fig. 8A). The chan-
nel is classified as straight - sinuous, with mean slope of 0.0018,
and mean channel width of 115 m. The artificiality of the reach is
very high, because of the continuous presence of lateral structures,
and in part transversal, that prevent any kind of lateral and verti-
cal dynamics (Fig. 8B), compromising most of the morphological
functionalities. Upstream longitudinal continuity is also altered due
to the presence of dams and several weirs. The continuous presence
of bank protections and levees in the reach causes the assignation of
additional scores to the indicators A6 and A7, therefore the artificial-
ity reaches the maximum score. Furthermore channel changes are at
maximum score (very high incision and no planimetric changes in a
channel not free to adjust). The final result is MQI=0.11, therefore
the reach is classified as very poor.
Gadria Torrent near Lasa. It is a left tributary of the Adige River,
ai massimi livelli, testimoniata da marcate variazioni di configurazio-
ne e larghezza (Fig. 7A e B) e del fondo (incisione >6 m), e prevalen-
temente legata ad una forte attività estrattiva nel passato e alla riduzio-
ne degli apporti solidi da monte. Pertanto gli indicatori di variazioni
morfologiche (V1, V2 e V3) risultano con punteggi massimi. Le altre
principali criticità sono rappresentate dalla presenza di briglie nei tratti
a monte e nel tratto stesso(A2 in classe B2e A4 in classe B), assenza di
piana inondabile (Fig. 7C), alterazione del substrato per affioramenti
diffusi di argilla (F10 in classe C2, Fig. 7D) e impoverimento della
diversità di forme attesa, a loro volta legati alla forte incisione. Il risul-
tato finale è
IQM=0.40, risultando quindi classificato come scadente.
Fiume Arno a Firenze (Toscana). Si tratta di un tratto non confi-
nato in ambito di pianura (unità fisiografica di pianura intermontana),
ben rappresentativo di un fiume di grandi dimensioni che attraversa
una zona densamente urbanizzata (Fig. 8A). Attualmente l’alveo si
classifica come rettilineo, con pendenza media di circa 0.0018 e lar-
ghezza media di 115 m. L’artificialità del tratto è molto forte, a causa
della presenza continua di opere longitudinali, ed in parte trasversali,
che impediscono ogni dinamica di tipo laterale e verticale (Fig. 8B),
compromettendone anche gran parte delle funzionalità morfologiche.
La stessa continuità longitudinale del tratto a monte è alterata a causa
della presenza di dighe e numerose briglie. La presenza continua di
difese di sponda e argini causa l’attribuzione di punteggi aggiuntivi
agli indicatori A6 e A7, pertanto l’artificialità raggiunge il massimo
punteggio. Il risultato finale è IQM=0.11, risultando quindi classifica-
to come pessimo.
Torrente Gadria presso Lasa (Provincia Autonoma di Bolzano).
Il Torrente Gadria (Val Venosta, Provincia Autonoma di Bolzano),
affluente in sinistra idrografica del F.Adige, è un collettore oggetto di
fenomeni di colata detritica molto frequenti, in media 1-2 per anno. Il
bacino (area drenata di circa 14 km
2
) è molto ripido e dissestato per
frane superficiali. Il tratto analizzato (2.2 km) è quello terminale e che
Fig . 8 - Fiume Arno a Firenze (IQM=0.11: pessimo). A) Im-
magine satellitare del 2007 che evidenzia come il tratto
interessa un’area fortemente urbanizzata. B) Particolare
che mostra la presenza di difese di sponda continue (con
funzione di argini) e l’omogeneità di sezione
\- Arno River in Florence (MQI=0.11: very poor). A)
Satellite image of 2007 showing how the reach cross-
es a highly urbanized area. B) Particular showing the
presence of bank protections (with function of levees)
and the homogeneity of cross section
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subject to very frequent channelized debris flows, 1-2 per year in av-
erage. The catchment (drainage area of about 14 km
2
) is very steep
and subject to frequent surficial landslides. The analyzed reach (2.2
km) crosses the Gadria alluvial fan, one of the biggest in Europe, and
consequently presents the characteristics of an unconfined reach in a
mountain physiographic context. The channel was channelized at the
end of the XIX century, when a straight course with bed revetment was
carried out (Fig. 9), with the aim to convey the debris flows down to the
Adige River. Later, an open check dam was built just upstream to stop
all the sediment. Geomorphological functionality is at the minimum
for most of the indicators (except F1). The artificiality is high (class C)
only for relatively few indicators. However, the continuous presence of
bank protections, levees, and bed revetments implies the assignation
of additional scores to indicators A6, A7 and A9, causing a maximum
artificiality score. The resulting MQI is equal to 0.04 (very poor).
MONITORING
Two monitoring methodologies can be identified:
(1) Non instrumental monitoring: it consists of repeating periodical-
ly the procedure for the assessment of the current morphological
conditions. Besides a new field survey and updating the artifi-
cial elements, it possibly requires an analysis of new images
to evaluate possible channel changes. This monitoring activity
allows to verify a conservation of the previous morphological
state or evidence of recovery or further reduction of the mor-
phological quality. It is a relatively rapid procedure that does
not allow a detailed analysis of possible causes of alteration and
trends of adjustment.
(2) Instrumental monitoring: it requires to carry out periodic field
measurements (other than from remote sensing) to analyze in
a more systematic way possible channel changes (i.e. channel
width or bed elevation changes). This monitoring activity is
obviously more onerous but can allow to analyze more in de-
tail causes and trends of channel adjustments. A list of natural
morphological elements to monitor is shown in Tab. 4, while
monitoring artificial elements corresponds to an updating of the
data base of interventions.
For the WFD implementation, non instrumental monitoring is
identified with the so called surveillance monitoring and it is ap-
scorre attraverso il conoide (Fig. 9A), uno dei maggiori d’Europa, e di
conseguenza presenta le caratteristiche di essere non confinato seppu-
re in ambito montano. L’alveo lungo il tratto in analisi è stato oggetto
di sistemazione alla fine del XIX secolo, quando è stato costruito un
cunettone selciato seguendo un tracciato rettilineo (Fig. 9B) al fine
di convogliare la colata fino all’Adige. Successivamente a monte del
tratto è stata costruita una briglia di trattenuta a fessura la quale ora
arresta tutto il sedimento in una piazza di deposito. La funzionalità
geomorfologica risulta al minimo per quasi tutti gli indicatori (tranne
F1). L’artificialità risulta elevata (classe C) solo per un numero relati-
vamente ridotto di indicatori. Tuttavia, essendo l’alveo completamen-
te artificiale sia per quanto riguarda le sponde che il fondo, vengono
attribuiti i punteggi aggiuntivi agli indicatori A6, A7 e A9, portando
al massimo il punteggio dell’artificialità. Ne risulta un IQM pari a
0.04 (classe pessima).
MONITORAGGIO
In generale, per quanto riguarda gli aspetti idromorfologici, si pos-
sono distinguere due metodologie di monitoraggio:
(1) Monitoraggio non strumentale: consiste nella ripetizione periodi-
ca della procedura di valutazione dello stato morfologico attuale
appena descritta. Oltre ad un nuovo rilievo sul terreno ed all’even-
tuale aggiornamento degli elementi di artificialità, esso richiede
possibilmente l’analisi di nuove immagini telerilevate al fine di
poter aggiornare la valutazione delle variazioni morfologiche. Tale
monitoraggio può permettere di individuare se ci sia un manteni-
mento delle condizioni morfologiche o se esistano delle evidenze
di un miglioramento o peggioramento (rispettivamente attraverso
un incremento o riduzione dell’Indice di Qualità Morfologica). Si
tratta di una procedura relativamente rapida che tuttavia non con-
sente un’analisi approfondita delle eventuali cause di alterazione e
trend di aggiustamento morfologico.
(2) Monitoraggio strumentale: richiede l’effettuazione di alcune misu-
re periodiche sul terreno (oltre che da immagini telerilevate), per
analizzare in maniera più sistematica le eventuali variazioni mor-
fologiche (p.e. variazioni di larghezza e di quota del fondo). Tale
monitoraggio, come ovvio, è più oneroso del precedente ma può
consentire di analizzare più approfonditamente le cause e le ten-
denze di aggiustamento morfologico in atto. Un elenco dei parame-
Fig. 9 - Torrente Gadria presso Lasa (IQM=0.04: pes-
simo). A) Foto aerea del 2006 che evidenzia il
conoide attraversato dal corso d’acqua nel tratto
di studio (cunettone). B) Particolare che mostra il
cunettone del Torrente Gadria.
- Gadria Torrent near Lasa (MQI=0.04: very
poor). A) Aerial photo of 2006 showing the al-
luvial fan crossed by the stream along the study
reach. B) Particular showing the artificial con-
figuration of the stream.
background image
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M. RINALDI, N. SURIAN, F. COMITI & M. BUSSETTINI
plied to a relatively high number of reaches in the watershed rep-
resentative of different physiographic and morphologic conditions,
while instrumental monitoring is identified with the operative or
investigative monitoring, to be carried out for a limited number of
reaches at risk or particular cases.
CONCLUSIONS
For the first time, the Water Framework Directive introduces hy-
dromorphology as element to be considered, besides water quality
and biological aspects, in order to obtain an evaluation and classifica-
tion of the ecological state of streams. For this scope, in this research
a new methodology has been developed, allowing for evaluating and
analysing the morphological conditions of a stream.
Based on the applications carried out during the testing phase,
the Morphological Quality Index (MQI) has resulted particularly ef-
fective in providing a synthetic judgement on morphological quality
of streams with very different characteristics. In particular, the results
obtained are considered appropriate compared to what was expected.
tri relativi agli elementi naturali da monitorare è riportato in Tab. 4,
mentre per gli elementi artificiali il monitoraggio si identifica con il
costante aggiornamento dei catasti delle opere.
Ai fini dell’implementazione della WFD, il monitoraggio non
strumentale si applica al cosìddetto monitoraggio di sorveglianza e
viene applicato ad un numero relativamente elevato di tratti nel ba-
cino rappresentativi di contesti fisiografici e caratteristiche morfolo-
giche diverse, mentre il monitoraggio strumentale va ad identificarsi
con quello operativo ed investigativo, da condurre per un numero più
limitato di tratti a rischio o di casi particolari.
CONCLUSIONI
La Direttiva Quadro Europea “Acque” introduce per la prima
volta gli aspetti idromorfologici come elementi da considerare, ol-
tre a quelli fisico-chimici e biologici (fauna ittica, macroinvertebrati,
macrofite acquatiche, diatomee), per la valutazione dello stato ecolo-
gico di un corso d’acqua. A tal fine, in questa ricerca è stata svilup-
pata una nuova metodologia che permette di valutare ed analizzare le
condizioni morfologiche di un corso d’acqua. Gli aspetti fondanti di
questa metodologia, che la differenziano dalla maggior parte dei me-
todi proposti per una valutazione delle condizioni idromorfologiche,
sono: (1) l’impiego di principi consolidati, a livello internazionale,
nell’ambito della geomorfologia fluviale; (2) la considerazione delle
Tab. 4 - Aspetti morfologici, parametri, metodo-
logie e scansione spaziale per il monito-
raggio strumentale
- Morphological aspects, parameters,
methodologies, and spatial scale for the
instrumental monitoring
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In conclusion, some points worth mentioning are reported as fol-
lows:
(1) The particularly high number of indicators (28) makes the appli-
cation of the method quite onerous. However, it has to be em-
phasized that many indicators (in particular those of functiona-
lity) rely on a rapid assessment in the field and/or from images.
It is however required that the operator has a good knowledge of
fluvial dynamics. The inclusion of a level of confidence in the
answers helps in cases of objective lack of information or data.
(2) The division in the three components, functionality, artificiality,
and channel changes, may appear in some case as repetitive. Ho-
wever it allows to conceptually separate such aspects and evalua-
te them by specific sub-indices.
(3) The MQI index is useful to assess the morphological conditions at
reach scale and to identify the main problems and alterations. To
move from a reach scale assessment to an overall analysis of the
fluvial system, it is however necessary to implement the existing
procedure at catchment scale, in order to allow for a causes - ef-
fects analysis, and consequently to identify possible strategies of
mitigation or morphological recovery.
ACKNOLEDGEMENTS
The research was funded by the National Institute for Environ-
mental Research and Protection (ISPRA), Rome. Thanks to G. Braca,
B. Lastoria, F. Piva, S. Venturelli (ISPRA), L. Pellegrini (University
of Pavia), F. Filippi, A. Colombo, T. Simonelli (Autorità di Bacino del
Fiume Po), P. Aucelli, V. Benacchio, M. Ceddia, C. Cencetti, S. De
Gasperi, P. De Rosa, A. Dignani, G. Duci, A. Fredduzzi, M. Micheli,
E. Morri, O. Nesci, C. Rosskopf, R. Antolini, V. Scorpio, D. Sogni, S.
Teodori, V. Tiberi, F. Troiani.
In particular, the Authors thank C. Zuri for conducting the tests
in his thesis.
attuali conoscenze sulle tendenze evolutive dei corsi d’acqua italiani;
(3) il riferimento a scale spaziali e temporali adeguate.
Sulla base delle applicazioni effettuate durante la fase di test,
l’Indice di Qualità Morfologica (IQM) è risultato particolarmente
efficace nel fornire un giudizio sintetico sulle condizioni morfolo-
giche di corsi d’acqua anche con caratteristiche molto diverse. In
particolar modo, l’indice ha fornito risultati giudicati appropriati
rispetto a quanto atteso.
In conclusione, si riportano di seguito alcuni punti che è utile sot-
tolineare.
(1) Il numero di indicatori particolarmente elevato (28) rende l’ap-
plicazione del metodo piuttosto impegnativa. Si rimarca tuttavia
che molti indicatori (in particolar modo quelli relativi alla funzio-
nalità) si risolvono in un rapido accertamento sul terreno e/o da
immagini. A tal fine, è tuttavia necessaria da parte dell’operato-
re una buona conoscenza della dinamica fluviale. L’inserimento
del livello di confidenza nelle risposte aiuta nel caso di oggettiva
mancanza di informazioni o dati.
(2) La suddivisione nelle tre componenti di funzionalità, artificialità
e variazioni può sembrare in alcuni casi ripetitiva. Tuttavia essa
permette di separare concettualmente tali aspetti e poterli valutare
attraverso appositi sub-indici.
(3) L’indice IQM è utile per valutare le condizioni morfologiche a
scala di tratto ed individuarne le principali criticità ed alterazioni.
Per passare da una valutazione a scala di tratto ad un’analisi com-
plessiva del sistema fluviale, è necessario estendere la procedura
di valutazione esistente implementandola alla scala di bacino, in
modo che sia funzionale ad un’analisi causa - effetto e di conse-
guenza all’individuazione di possibili strategie di mitigazione o
recupero morfologico.
RINGRAZIAMENTI
La ricerca è stata finanziata dall’Istituto Superiore per la Protezio-
ne e la Ricerca Ambientale (ISPRA), Roma. Si ringraziano G. Braca,
B. Lastoria, F. Piva e S. Venturelli di ISPRA per la loro collaborazio-
ne. L. Pellegrini (Università di Pavia), F. Filippi, A. Colombo e T.
Simonelli (Autorità di Bacino del Fiume Po) sono particolarmente
ringraziati, oltre che per la collaborazione nella fase di test, per i loro
contributi nello sviluppo metodologico. Per la fase di test si ringra-
ziano inoltre P. Aucelli, V. Benacchio, M. Ceddia, C. Cencetti, S. De
Gasperi, P. De Rosa, A. Dignani, G. Duci, A. Fredduzzi, M. Micheli,
E. Morri, O. Nesci, C. Rosskopf, R. Antolini, V. Scorpio, D. Sogni, S.
Teodori, V. Tiberi, F. Troiani. Gli autori ringraziano particolarmente
C. Zuri che ha svolto un’intensa attività di test nell’ambito della pro-
pria tesi di laurea.
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