Hydrology and Earth System Sciences www.hydrol-earth-syst-sci.net 1027-5606 1607-7938 12 1 2008 10.5194/hess-12-177-2008 http://www.hydrol-earth-syst-sci.net/12/177/2008/ http://www.hydrol-earth-syst-sci.net/12/177/2008/hess-12-177-2008.html http://www.hydrol-earth-syst-sci.net/12/177/2008/hess-12-177-2008.pdf 177 191 2008-01-31 Estimating the suspended sediment yield in a river network by means of geomorphic parameters and regression relationships S. Grauso grauso@casaccia.enea.it G. Fattoruso C. Crocetti A. Montanari Dipartimento Ambiente, Cambiamenti Globali e Sviluppo Sostenibile, ENEA Centro Ricerche Casaccia, Roma, Italy Dipartimento Ambiente, Cambiamenti Globali e Sviluppo Sostenibile, ENEA Centro Ricerche Portici (Napoli), Italy Faculty of Engineering, University of Bologna, Italy An application of regression relationships depending on geomorphic parameters is proposed to predict the amount of the average annual suspended sediment yield at different sections of the drainage network. Simple and multiple regression relationships, utilising the drainage density and the hierarchical anomaly index as independent variables, based on data from 20 river basins of different size located in Italy, are here tested. An application is also shown for a small river basin located in central Italy where it is possible to compare the obtained suspended sediment yield estimates with reservoirs siltation data. The results confirm the potential applicability of regression equations for estimating the suspended sediment yield depending on the topological behaviours of the river network. A discussion of the reliability of the method for ungauged basins is also provided, which puts in light the necessity of additional tests to support the application of the approach to small size watersheds. Agnesi, V., Del Monte, M., Fredi, P., Macaluso, T., and Messana, V.: Contributo dell'analisi geomorfica quantitativa alla valutazione dell'erosione del suolo nel bacino del fiume Imera settentrionale (Sicilia centro-settentrionale). Proceedings of the Workshop "Erosione del Suolo, Gestione dei Sedimenti e Morfologia delle Coste", Palermo, Italy, 101–115, 1996. Anderson, H. W.: Relating Sediment Yield to Watershed Variables, Transactions, American Geophysical Union, 38(6), 921–924, 1957. Avena, G. C. and Lupia Palmieri, E.: Analisi geomorfica quantitativa, in: Idrogeologia dell'alto bacino del Liri, edited by: Accordi, B., Geologica Romana, VIII, Università degli Studi di Roma, 319–378, 1969. Avena, G. C., Giuliano, G., and Lupia Palmieri, E.: Sulla valutazione quantitativa della gerarchizzazione ed evoluzione dei reticoli fluviali, Boll. Soc. Geol. It. 86, 781–796, 1967. Battista, C., Boenzi, F., and Pennetta, L.: Una valutazione dell'erosione nel bacino idrografico del torrente Arcidiaconata in Basilicata, Suppl. Geogr. Fis. Dinam. Quat., 1, 235–246, 1988. Cannarozzo, M. and Ferro, V.: Un semplice modello regionale per la valutazione del trasporto solido in sospensione nei corsi d'acqua siciliani, Atti Acc. Scienze Lettere e Arti di Palermo serie, V 5, 95–137, 1985. Cannarozzo, M. and Ferro, V.: Confronto tra alcuni modelli per la previsione del volume di interrimento dei serbatoi artificiali siciliani. Atti Acc. Scienze Lettere e Arti di Palermo serie, V 8, 103–119, 1988. Cavazza, S.: Contributo al calcolo del potenziale di erosione, Riv. It. Geof., 21, 27–32, 1972. Cavazza, S.: Sulla erodibilità dei terreni di alcuni bacini calabro lucani, in: Aspetti geografici dell'erosione del suolo in Italia, edited by: G. Morandini, CNR Padova, 177–196, 1962. Ceci, D. P., Farroni, A., and Magaldi, D.: Applicazione del codice di calcolo Raizal per la valutazione del rischio di erosione nel bacino del fiume Tavo, Geoingegneria Ambientale e Mineraria, Politecnico di Torino, 285–291, 1998. Ciccacci, S., Fredi, P., and Lupia Palmieri, E.: Rapporti fra trasporto solido e parametri climatici e geomorfici in alcuni bacini idrografici italiani. Workshop "Misura del trasporto solido al fondo nei corsi d'acqua", Consiglio Nazionale delle Ricerche, Florence, Italy, 1977. Ciccacci, S., Fredi, P., Lupia Palmieri, E., and Pugliese, F.: Contributo dell'analisi geomorfica quantitativa alla valutazione dell'entità dell'erosione nei bacini fluviali, Boll. Soc. Geol. It., 99, 455–516, 1980. Ciccacci, S., Fredi, P., Lupia Palmieri, E., and Pugliese, F.: Indirect evaluation of erosion entity in drainage basins through geomorphic, climatic and hydrological parameters, in: International Geomorphology 1986 Part II, edited by: Gardiner, V., John Wiley and Sons Ltd, Chichester, 33–48, 1987. Ciccacci, S., D'Alessandro, L., Fredi, P., and Lupia Palmieri, E.: Contributo dell'analisi geomorfica quantitativa allo studio dei processi di denudazione nel bacino idrografico del torrente Paglia, Suppl. Geogr. Fis. Dinam. Quat., 1, 171–188, 1988. CNR-GNDCI: Progetto AVI – Relazione Regione Abruzzo, U.O. No. 10, Società di Geologia Applicata, 1993. Commissione Tecnica: "Progetto di massima e preliminare dei lavori per l'eliminazione delle problematiche esistenti ed emerse a seguito degli aventi alluvionali del 9 e 10 luglio 1999", Technical Report, Comune di Pineto, 1999. De Bonis, P., Fattoruso, G., Grauso, S., Peloso, A., and Regina, P.: Computation of geomorphic parameters via GIS-based algorithms: a support tool in river systems management, Proc. Second International Conference "New Trends in Water and Environmental Engineering~for Safety and Life: Eco-Compatible Solutions~for Aquatic Environments", Capri, Italy, 136–137, 2002. Douglas, I.: Sediment sources and causes in the humid tropics of northeast Queensland, Australia, in: Geomorphology in a Tropical Environment, edited by: Harvey, A. M., Brit. Geom. Res. Group. Occ. Pap., 5, 27–39, 1968. Fattoruso, G.: Hydrography and GIS's – Removing Inconsistencies in Vector River Networks Extracted from Cartography, GeoInformatics, 8, 48–49, 2005. Fournier, F.: Climat et érosion: la relation entre l'érosion du sol par l'eau et les précipitations atmosphériques, Presses Univ. de France, Paris, 1960. Gazzolo, T. and Bassi, G.: Relazione tra i fattori del processo di ablazione ed il trasporto solido in sospensione nei corsi d'acqua italiani, Min. lav. Pubbl., Giornale del Genio Civile, 6, 377–395, 1964. Gazzolo, T. and Bassi, G.: Contributo allo studio del grado di erodibilità dei terreni costituenti i bacini montani dei corsi d'acqua italiani, Min. lav. Pubbl., Giornale del Genio Civile, 1, 9–19, 1961. Grauso, S., De Bonis, P., Fattoruso, G., Onori, F., Pagano, A., Regina, P., and Tebano, C. : Relations between climatic-geomorphological parameters and suspended sediment yield in a Mediterranean semi-arid area (Sicily, southern Italy), Environ. Geol., doi:10.1007/s00254-007-0809-4, 2007. Haan, C. T.: Statistical methods in hydrology, Iowa State University Press, 1977. Horton, R. E.: Erosional development of streams and their drainage basins; hydrophysical approach to quantitative morphology, Bull. Geol. Soc. Amer. 56, 275–370, 1945. Ichim, I. and Radoane M.: A multivariate statistical analysis of sediment yield and prediction in Romania, in: Geomorphological Models: Theoretical and Empirical Aspects, edited by: Ahnert, F., Catena Supplement, 10, 137–146, 1987. Kirkby, M. J. and Cox, N. J.: A climatic index for soil erosion potential (CSEP) including seasonal and vegetation factors, Catena, 25, 333–352, 1995. Kottegoda, N. T. and Rosso, R.: Probability, Statistics, and Reliability for Civil and Environmental Engineers, McGraw-Hill, New York, 1997. Langbein, W. B. and Schumm, S. A.: Yield of sediment in relation to mean annual precipitation, Transactions, American Geophysical Union, 39(6), 1076–1084, 1958. Lorè A. and Magaldi D.: Valutazione del rischio di erosione del suolo: un esempio in Provincia dell'Aquila, CNR Quaderni di Scienza del Suolo, 6, 5–18, 1995. Lupia Palmieri, E., Ciccacci, S., Civitelli, G., Corda, L., D'Alessandro, L., Del Monte, M., Fredi, P., and Pugliese, F.: Geomorfologia quantitativa e morfodinamica del territorio abruzzese: il bacino idrografico del fiume Sinello, Geogr. Fis. e Dinam. Quatern., 18(1), 31–46, 1995. Lupia Palmieri, E.: Il problema della valutazione dell'entità dell'erosione nei bacini fluviali, Proc. XXIII Congr. Geog. It. Catania, Italy, 143–176, 1983. Massaro, M. E., Russo, M., and Zuppetta, A.: Analisi indiretta dell'entità dell'erosione nel bacino del fiume Tammaro, Geogr. Fis. Dinam. Quatern., 19(2), 381–394, 1996. Renard, K. G., Foster, G. R., Weesies, G. A., McCool, D. K., and Yoder, D. C.: Predicting soil erosion by water. A guide to conservation planning with the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE), United States Department of Agriculture, Agricultural Research Service (USDA-ARS) Handbook No. 703, United States Government Printing Office, Washington DC, 1997. Restrepoa, J. D., Kjerfveb, B., Hermelina, M., and Restrepoa, J. C.: Factors controlling sediment yield in a major South American drainage basin: the Magdalena River, Colombia, J. Hydrol., 316, 213–232, 2006. Strahler, A. N.: Quantitative Analysis of Watershed Geomorphology. Transactions, American Geophysical Union, 38(6), 913–920, 1957. Wicks, J. M. and Bathurst, J. C.: SHESED: a physically based, distributed erosion and sediment yield component for the SHE hydrological modelling system, J. Hydrol., 175, 213–238, 1996. Williams, J. R.: Sediment-yield prediction with universal equation using runoff energy factor, in: Present and prospective technology for predicting sediment yield and sources, ARS.S-40, U.S. Gov. Print. Office, Washington, 244–252, 1975. Wischmeier, W. H. and Smith, D. D.: Predicting rainfall erosion losses from cropland east of the Rocky Mountains, United States Department of Agriculture – Handbook no. 282, United States Government Printing Office, Washington DC, 1965. Wischmeier, W. H. and Smith, D. D.: Predicting rainfall erosion losses: a guide to conservation planning. United States Department of Agriculture, Handbook no. 537, United States Government Printing Office, Washington DC, 1978.