Observation and modeling of the estuarine and coastal hydro-morphodynamics: the Misa River case study

The present thesis studies phenomena of importance for the estuarine dynamics of the Misa River estuary (Senigallia, Italy), as representative of those small-scale river systems, characterized by torrential regimes, flowing into micro-tidal environments. The evolution of both an inner mouth bar and the river plume was studied by integrating different sources of information, including video-monitoring products, Particle Tracking Velocimetry analyses, field data and numerical simulations, needed to distinguish the role of each forcing in the evolution of the investigated phenomena. Due to the reduced precipitation of the recent years, an inner mouth bar formed inside the most downriver stretch of the river, causing concern about the inhibition of the water and sediment outflows. The study showed that moderate river discharges (1-year return period) cause downriver migrations larger than the upriver migrations triggered by severe sea storms (10-years return period). This means that the bar does not impede the sediment outflow to sea, but it can only obstacle the outflow during low-flow conditions. Therefore, the channel maintenance should be programmed in periods when the natural dredging of the riverbed cannot be done by the river itself. The dominant role of the river also emerged from the study of the river plume. Results showed that the river discharge generates the densest and most extended plumes, but also waves can resuspend and transport sediments, together with the wind. The sediments mainly spread towards the south-east, possibly reaching the surrounding beaches. The offshore plume extent is directly proportional to the component of the plume velocity directed alongriver, mainly determined by the river speed, while it decreases because of the action of the transport mechanisms that contribute to the alongshore component of the plume velocity.

La presente tesi studia fenomeni importanti per la dinamica estuarina di aree micro-mareali situate lungo la costa Adriatica, rappresentate dall’estuario del fiume Misa (Senigallia, Italia), sistema di piccola scala, a regime torrentizio. L’evoluzione di una barra di foce e del pennacchio fluviale è stata studiata integrando varie fonti di informazioni, tra cui prodotti di video-monitoraggio, analisi PTV (Particle Tracking Velocimetry), dati osservativi di campo e simulazioni numeriche, necessarie per chiarire il ruolo di ogni forzante sullo sviluppo dei fenomeni indagati. A causa delle ridotte precipitazioni degli ultimi anni, una barra di foce si è formata nel tratto terminale del fiume, arrivando ad occuparne l’intera sezione e generando preoccupazione sull’inibizione del deflusso liquido e solido verso mare. Lo studio ha mostrato che portate fluviali di modesta entità (tempo di ritorno annuale) causano migrazioni della barra verso mare maggiori rispetto a quelle verso monte indotte da tempeste marine importanti (tempo di ritorno decennale). Per cui la barra non impedisce il deflusso dell’acqua verso mare, ma può solo ostacolarlo in condizioni di basso-flusso. Quindi, la manutenzione del canale andrebbe programmata in periodi in cui il naturale dragaggio del fondo non viene effettuato dal fiume stesso. Il ruolo dominante del fiume è emerso anche dallo studio del pennacchio fluviale, che ha mostrato che le portate generano i pennacchi più densi ed estesi. Tuttavia, anche le onde sono capaci di risospendere sedimenti e trasportarli, insieme con il vento. Il sedimento viene principalmente trasportato verso sud-est, contribuendo probabilmente al ripascimento delle spiagge. L’estensione del pennacchio è direttamente proporzionale alla componente della sua velocità diretta lungo il fiume, principalmente determinata dal flusso fluviale, mentre diminuisce a causa dell’azione dei meccanismi di trasporto, che contribuiscono alla componente di velocità diretta lungo costa.