The multiparameter station for monitoring the fluvial transport of sediments of the "Valle Aurona - Monte Leone Glacier" system

In June 2021, thanks to the collaboration between the University of Milan (UNIMI), the Free University of Bolzano (UNIBZ) and the National Research Council (IGAG-MI), a multiparametric river monitoring station was installed in the plain. Alpe Veglia, at the bridge that crosses the Aurona stream.

Thanks to this realization, the following parameters are continuously measured and transmitted via the internet:

The measuring box connected with the sensor in the river
The river sensors
  • Hydrometric level : provides the measurement (in meters) of the water surface above the sensor (piezometer). Usually, for obvious reasons of protection, the sensor is not positioned on the line with the greatest depth of the river bed (thalweg), so to really know the depth of the channel, the vertical distance between the thalweg and sensor must be added to the sensor measurement (which unfortunately does not is immutable). This parameter is essential to measure the riverbed's hydraulic section, from which the flow rate is obtained by multiplying it by the average speed of the river current.
  • Electrical conductivity of water: measured in micro Siemens per cm (µS / cm). The salts dissolved in the water allow the passage of electric current because they are in ionic form, that is, equipped with one or more electric charges: in all types of water, from underground to rainwater, we find sodium ions, potassium ions, chloride ions , sulfate ions and others, in different concentrations. Since conductivity increases proportionally to the concentration of dissolved substances, this parameter is useful for obtaining a value, albeit approximate, of the salt content of a water.

  • Temperatura dell’acqua: in gradi Celsius (°C). Poiché il valore della conducibilità dipende anche dalla temperatura, la misura di questo parametro deve essere sempre accompagnata dal valore della temperatura a cui è stata misurata.

  • Suspended load : it is estimated based on the measurement of the turbidity of the water in nephelometric unit of turbidity ( NTU stands for Nephelometric Turbidity Unit ) and means that the instrument is measuring the scattered light from a sample at a 90 degree angle to the incident light.

In mountain environments, the suspended load is the main constituent of the export of sediments. The concentration of suspended sediments is characterized by a high spatial (cross section) and temporal variability. A common way to calculate the annual suspended sediment load and the load of individual flow classes is to use flow duration curves and evaluation curves for the relationship between Suspended Sediment Concentration (SSC) and discharge.

nstrument for the manual measurement of the quantities measured by the station, and to determine the flow rate of the stream with on-site tests.

Carico solido in sospensione

The difficulties of obtaining reliable time series of suspended sediment concentration can be overcome with frequent sampling (in our case almost continuously) and interpolation calculations for the time between sampling intervals. Although turbidity measurement is the most frequently used indirect method for continuous monitoring of suspended solids concentration, the turbidity signal is influenced not only by sediment concentration but also by their particle size distribution, colour and material content—organic, which can be an important component in glaciated regions. The relationship between turbidity units and SSC must be calibrated for each measuring station. Furthermore, due to the spatial variation of SSC in the cross-section, there are differences, sometimes even considerable, between the value provided by the theoretical and laboratory models and those of the empirical measurements in the field. This variability in the transversal profiles persists even when the flow is highly turbulent. In fact, significant temporal and spatial variations in the concentration of suspended sediments and the particle size composition have been observed even during flood events.

The Aurona river from the Alpe Veglia bridge (7 July 2021)

Carico solido di fondo

A completamento del monitoraggio del trasporto fluviale dei sedimenti viene anche rilevato un ulteriore parametro che deve essere però misurato periodicamente in-situ, nel tratto di alveo adiacente alla stazione di misura, tramite l’uso di apposite “trappole” dei sedimenti: il carico di sedimenti trasportati sul fondo dell’alveo.

La quantità di carico di fondo che ci si può aspettare è molto variabile, in quanto il trasporto del carico di fondo è il processo di trasporto dei sedimenti fluviali più complesso
sia per quanto riguarda la sua misurazione che la quantificazione. Questa complessità è dovuta a una combinazione di fattori che sono legati alla variabilità spaziale e temporale del processo, alle condizioni morfometriche e idrauliche del sito, alle caratteristiche granulometriche e di forma del carico di fondo e delle particelle della superficie del letto. 

Per raccogliere sul campo serie di dati accurati sul carico di fondo vengono utilizzate diverse tecniche dirette ed indirette con diverso successo. Di queste, nessuna può essere chiaramente preferita, quindi in molti casi una combinazione di diversi approcci di
misurazione porterà a risultati soddisfacenti.

Per una corretta misurazione del carico di fondo sul letto stesso, deve essere prima effettuata sul campo la mappatura della morfologia del letto rispetto alle sequenze riffle-pool, step-pool, affioramenti di bedrock, grandi detriti legnosi e canale, oltre ad analisi dettagliate della granulometria della superficie (mediante conteggio dei ciottoli/griglia per numero) e del materiale subsuperficiale (per volume, per peso) per ottenere informazioni sulla rugosità e sulla distribuzione granulometrica.  

Il trasporto fluviale del carico di fondo (bedload) di un corso d’acqua in ambiente periglaciale mostra la sua massima intensità e un picco intra-annuale durante l’alto deflusso generato dalla fusione della neve in giugno. Infatti è in primavera (aprile-giugno) che la maggior parte dei sedimenti viene consegnata dai pendii nei canali principali dei torrenti a causa di cadute di massi, valanghe di neve valanghe, erosione delle rive dei canali e trasferimenti fluviali attraverso piccoli affluenti. In estate (luglio-agosto) invece, quantità significative di materiale può essere fornito sia dall’erosione della sponda del canale del torrente, ma soprattutto dai contributi degli affluenti collegati ai ghiacciai, che giungono all’interno dei canali principali durante l’alto deflusso indotto dalla fusione dei ghiacciai. In questo tipo di ambiente montano ripido e parzialmente glacializzato, quantificare i tassi di trasporto fluviale attuale del bedload e delle portate annuali di bedload per i bacini di drenaggio, permette di fare affermazioni sull’importanza assoluta e relativa del trasporto fluviale del bedload. 

La piana dell'Alpe Veglia nella giornata piovosa del 7 luglio 2021.

In tal modo, potrebbero essere osservati i possibili effetti del cambiamento climatico globale sui bilanci sedimentari e sul trasporto del bedload fluviale, infatti una ridotta quantità di neve in inverno porterebbe a un minore numero annuale di valanghe di neve e, di conseguenza, a minori quantità di materiale trasferito nei canali principali del torrente. L’analisi dettagliata del trasporto fluviale del carico di fondo in bacini di drenaggio collegati ai ghiacciai fornisce quindi approfondimenti sulle fonti più importanti di sedimenti, sull’immagazzinamento del bedload nel canale, sulla variabilità spazio-temporale e sul controllo dei tassi di trasporto del bedload, permettendo di valutare l’importanza assoluta e relativa del bedload fluviale all’interno dei bilanci sedimentari di queste valli caratterizzate da versanti ripidi e climi freddi.


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