3 FASCE FLUVIALI CONFRONTO TRA FASCE ATTUALMENTE IN VIGORE E FASCE AGGIORNATE... 21

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2 Sommario 1 ANALISI IDRAULICA PER LA DEFINIZIONE DELLE AREE INONDABILI IL MODELLO IDRAULICO DI PROPAGAZIONE LA PROPAGAZIONE MONODIMENSIONALE (1D) LE STRUTTURE INTERFERENTI CON LA PROPAGAZIONE 1D Caratterizzazione della scabrezza (1D) LA PROPAGAZIONE BIDIMENSIONALE (2D) Caratterizzazione della scabrezza della piana alluvionale (2D) CONDIZIONI AL CONTORNO Condizione di Monte Condizione di Valle AREE INONDABILI ALLO STATO ATTUALE TEMPO DI RITORNO T=50 ANNI Inviluppo dei massimi tiranti Inviluppo delle massime velocità TEMPO DI RITORNO T=100 ANNI Inviluppo dei massimi tiranti Inviluppo delle massime velocità TEMPO DI RITORNO T=200 ANNI Inviluppo dei massimi tiranti Inviluppo delle massime velocità TEMPO DI RITORNO T=500 ANNI Inviluppo dei massimi tiranti Inviluppo delle massime velocità FASCE FLUVIALI CONFRONTO TRA FASCE ATTUALMENTE IN VIGORE E FASCE AGGIORNATE A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 1 di 22

3 1 ANALISI IDRAULICA PER LA DEFINIZIONE DELLE AREE INONDABILI Nei successivi paragrafi verrà trattata la ricostruzione idraulica delle aree inondabili per eventi meteorici aventi tempi di ritorno diversi. Tale analisi riceve come input la ricostruzione idrologica, descritta nella Relazione Idrologica A03, tentando di ricostruire nel modo più fedele e coerente con i processi che caratterizzano le dinamiche di allagamento. 1.1 IL MODELLO IDRAULICO DI PROPAGAZIONE La modellistica idraulica delle aree del centro urbano del comune di Olbia è stata implementata con il software Infoworks ICM sviluppato dall azienda inglese HR Wallingford. Infoworks ICM è un applicativo software per la verifica e la progettazione di sistemi idraulici complessi costituiti da reti idrauliche e corsi d acqua di tipo naturale. Il software consente di costruire e risolvere, in regime di moto vario, modelli idraulici di tipo monodimensionale (1D) che consentono di valutare la propagazione dell onda di piena in alveo, modelli idraulici di tipo puramente bidimensionale (2D) per lo studio della propagazione dell esondazione in aree su cui è definita una griglia di elementi triangolari sulla base topografica costituita, generalmente, da un modello digitale del terreno (DTM) e modelli idraulici combinati (1D 2D) con la modellazione ibrida monodimensionale nel canale e bidimensionale nelle aree inondabili. Infoworks ICM è dotato di un risolutore per il moto vario nella conformazione bidimensionale che utilizza la metodologia di calcolo dei volumi finiti. Il modulo di calcolo 2D utilizzato dal software Infoworks ICM si basa sulle ben note equazioni shallow water equations SWE. Le equazioni delle acque basse (shallow water), cioè la versione a profondità media delle equazioni di Navier-Stokes, sono utilizzate per la rappresentazione matematica dei flussi 2D. Le equazioni di SWE assumono che il flusso è prevalentemente orizzontale e che la variazione della velocità sulla verticale può essere trascurata. Dove: h è l altezza d acqua; 2 2 u e v sono le velocità nelle direzioni x ed y; A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 2 di 22

4 S 0x e S 0y sono le perdite di carico per effetto dell attrito nelle direzioni x ed y; q 1D è la portata di transito per unità di superficie; u 1D e v 1D sono le componenti di velocità della portata di transito nelle direzioni x ed y. La formulazione conservativa delle SWE è essenziale al fine di preservare le grandezze fondamentali di base, di massa e di quantità di moto. Questo tipo di formulazione permette la rappresentazione di discontinuità di flusso e cambiamenti tra portata gradualmente variata e rapidamente variata. Il modulo 2D adotta una discretizzazione ai volumi finiti utilizzando elementi di controllo per rappresentare l area di studio e utilizzando uno schema esplicito del primo ordine per la discretizzazione temporale. Con il metodo dei volumi finiti, il dominio di modellazione è diviso in forme geometriche su cui le SWE vengono integrate per poter definire equazioni in termini di flussi attraverso i confini dell elemento di controllo. Il modello idraulico Infoworks ICM combina la modellazione monodimensionale (1D) in alveo alla modellazione bidimensionale nelle aree inondabili adiacenti all alveo comprese nell area modellata con magliatura variabile triangolare (2D zone). L interfaccia tra alveo e zona 2D è costituita da connessioni spondali dette bank lines. Ciascun tratto fluviale può essere collegato lateralmente ad altri tratti fluviali, a casse d espansione (storage areas) o a zone 2D ed il flusso dal corso d acqua può essere in uscita dall alveo o di rientro in alveo. Il flusso attraverso le sponde è modellato analogamente allo sfioratore laterale a funzionamento libero o rigurgitato in funzione dei livelli idrici presenti in alveo e dai tiranti presenti nella zona 2D. Figura 1 Schema di calcolo del flusso attraverso le linee di sponda nel modello idraulico Infoworks ICM L equazione di base dello stramazzo in parete grossa implementata nel modello idraulico per il calcolo del flusso attraverso le linee di sponda è:. A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 3 di 22

5 Il termine Cd rappresenta il coefficiente di eflusso variabile da 1.7 a 1.85 (nella formulazione implementata nel modello Infowork ICM il coefficiente di deflusso è di tipo anglosassone quindi moltiplicato per il fattore 2). Il valore del coefficiente di deflusso Cd deve essere ridotto se, anziché avere il deflusso da strutture in calcestruzzo, si ha deflusso su strutture arginali in sponde naturali. Per modellare il flusso attraverso linee di sponda di tipo naturale risulta opportuno assumere valori pari o inferiori a 1 che consentono di considerare le perdite di carico indotte dall attrito sopra la linea spondale. 1.2 LA PROPAGAZIONE MONODIMENSIONALE (1D) La rete fluviale è stata modellata in monodimensionale sulla base dei rilievi delle sezioni idrauliche, integrate con misure in campo, presenti nello Studio generale per l adeguamento del piano urbanistico comunale al piano stralcio per l assetto idrogeologico e trasmesse dal Comune di Olbia (figura seguente). Figura 2 Reticolo idraulico implementato in 1D nel modello idraulico Infoworks ICM Il reticolo considerato presenta sezioni con caratteristiche naturali alternate a sezioni artificiali intervallate dalla presenza di tratti tombati e condotte di piccolo diametro sui rii minori. Il modello idraulico Infoworks ICM è particolarmente adatto a tali situazioni disponendo di elementi di calcolo idraulico tipici dei corsi d acqua (ponti, sfiori, salti di fondo ecc.), ma avendo a disposizione anche elementi di modellazione idraulica tipici delle reti di fognatura (condotte, pozzetti, tratti con A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 4 di 22

6 funzionamento in pressione, sifoni ecc.). Questo permette una rappresentazione ottimale dei sistemi idraulici complessi come quello in analisi. 1.3 LE STRUTTURE INTERFERENTI CON LA PROPAGAZIONE 1D I corsi d acqua oggetto di studio sono attraversati da numerosi ponti e strozzature e tratti tombati. Tali strutture sono definite all interno del modello attraverso diversi elementi: a) L elemento idraulico bridge per definire i limiti d estradosso del ponte; b) L elemento bridge opening per caratterizzare le aperture presenti nella struttura del ponte, (Figura seguente); c) L elemento conduit per la parte tombata; d) L elemento idraulico weir che modella il comportamento di una soglia e salto di fondo. Figura 3 Geometria del ponte in Via Vittorio Veneto sul Riu de Seligheddu. A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 5 di 22

7 1.3.1 Caratterizzazione della scabrezza (1D) Per i corsi d acqua modellati in monodimensionale i valori di scabrezza (di Strickler in m 1/3 /s) idraulica adottati sono stati i seguenti: Tabella 1 Valori del coefficiente di scabrezza di Strickler per le varie tipologie di sezione incisa presenti. Alvei naturali poco incisi con fondo in ghiaia e sponde molto vegetate. Manutenzione assente. Ks = 20 m 1/3 /s Canali con fondo in ghiaia e sponde vegetate. Manutenzione mediocre. Ks =30 m 1/3 /s Canali con fondo in ghiaia e sponde in calcestruzzo. Manutenzione mediocre. Ks = 45 m 1/3 /s Condotti a pelo libero rivestiti in calcestruzzo di forma circolare o scatolare. Ks=50 m 1/3 /s 1.4 LA PROPAGAZIONE BIDIMENSIONALE (2D) Il dominio di calcolo bidimensionale comprende l area del Comune di Olbia delimitata dalla circonvallazione costruita in gran parte su rilevato presente a Ovest della città. Per simulare al meglio gli effetti bidimensionali degli eventi di piena si è utilizzato il modello digitale del terreno di tipo LIDAR ad alta risoluzione (celle a risoluzione spaziale di 1m x 1m) datato 04/2010 edito dal Ministero dell Ambiente e in dotazione al Distretto Idrografico (Figura seguente). A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 6 di 22

8 Figura 4 Stralcio del rilievo LIDAR in ambito urbano; si osservi l'incisione del canale e l'impossibilità, per questa tipologia di rilievo, di considerare ponti e tratti tombati (in rosso) Utilizzando il rilievo LIDAR come base si è poi creato la geometria per il modello idraulico bidimensionale rappresentato da una maglia triangolare tramite l oggetto 2D zone. Per la generazione della maglia si è impostato un area minima degli elementi triangolari di 100 m 2 e un area massima di 400 m 2 trattandosi di un area molto estesa. La generazione della maglia considera anche gli edifici presenti assunti dalla cartografia tecnica comunale in scala 1:1 000 per la maggior parte e anche dalle immagini satellitari di Google Earth (febbraio 2014). La simulazione idraulica considera il dettaglio delle strade e degli edifici ed in particolare questi ultimi come elementi porosi (allagabili) e non impermeabili poichè si ammette che una quota parte del flusso d acqua interessi tali zone. Questo è stato realizzato mediante l utilizzo di elementi specifici porous polygons impostando il valore di porosità a 0.2 (ovvero il 20% del flusso che interessa l edificio interagisce con esso). Tale valore deriva dalla calibrazione effettuata sull estensione dell evento di allagamento censito dal Comune di Olbia. A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 7 di 22

9 Figura 5 Modello idraulico ibrido mono-bidimensionale: in verde il dominio di calcolo, in giallo il dominio monodimensionale costituito dai corsi d acqua e dalle opere idrauliche, in marrone gli edifici, in violetto le zone a differente scabrezza. A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 8 di 22

10 1.4.1 Caratterizzazione della scabrezza della piana alluvionale (2D) Nelle aree esterne ai corsi d acqua, ossia nella piana alluvionale modellata con la componente bidimensionale del modello numerico sono stati utilizzati i seguenti valori di scabrezza : - Ks=40 m 1/3 /s per le strade e aree densamente urbanizzate - Ks=25 m 1/3 /s per gli abitati sparsi fuori dal centro urbano - Ks=10 m 1/3 /s in aree verdi, parchi, giardini - Ks=5 m 1/3 /s in aree alberate - Ks=10 m 1/3 /s per il restante dominio di calcolo che sono poi visualizzati sul dominio di calcolo (figura seguente). Figura 6 Mappa delle diverse scabrezze idrauliche adottate nel modello bidimensionale A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 9 di 22

11 1.5 CONDIZIONI AL CONTORNO Condizione di Monte Il modello monodimensionale della rete fluviale di Olbia è stato eseguito imponendo come condizione di monte l idrogramma a portata costante necessario a stabilire un regime di moto permanente in tutte le sezioni. In tabella le portate a vari tempi di ritorno ( 500,200,100,50 anni). Tabella 2 Portate in ingresso a vari tempi di ritorno per ogni corso d'acqua del centro urbano di Olbia A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 10 di 22

12 1.5.2 Condizione di Valle La condizione al contorno di valle si è posta lungo la linea di costa del dominio 2D e nei nodi terminali del reticolo 1D. Tale condizione per i corsi d acqua in esame che sfociano nella laguna è stata fissata in un incremento della quota media del mare pari alla somma dell altezza di marea e del sopralzo di tempesta. " #$%&$ '("%$)*(+&#,&'+$ Tale valore risulta anche da testimonianze durante l evento. 2 AREE INONDABILI ALLO STATO ATTUALE L interazione tra il modello monodimensionale e bidimensionale ha permesso di creare mappe d inondabilità, in particolare si è rappresentata la distribuzione dei tiranti idrici e delle velocità. La modellazione dello stato attuale sarà poi utilizzata come punto di partenza sugli interventi di progetto. Di seguito vengono riprese le mappe di tirante e velocità consultabili nelle tavole 04 (b i) corrispondenti ai risultati delle simulazioni in mono e bidimensionale. Per una consultazione più dettagliata si rimanda alle tavole: 04.b : Mappa dei Tiranti Idrici a T=50 04.c : Mappa delle Velocità a T=50 04.d: Mappa dei Tiranti Idrici a T= e : Mappa delle Velocità a T= f : Mappa dei Tiranti Idrici a T= g : Mappa delle Velocità a T= h: Mappa dei Tiranti Idrici a T= i : Mappa delle Velocità a T=500 A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 11 di 22

13 2.1 TEMPO DI RITORNO T=50 ANNI Inviluppo dei massimi tiranti Figura 7 Mappa dei Tiranti Idrici a T=50 anni I risultati della simulazione in termini di tiranti (in figura è rappresentato l inviluppo dei massimi tiranti idrici raggiunti) sintetizzano una situazione idraulicamente gravosa nell intera area urbana. Partendo dal Riu Seligheddu l insufficienza si nota già nei pressi della confluenza con l affluente di destra Nieddu. Il corso d acqua effettua una curvatura accentuata che, grazie alle pendenze favorevoli, esonda nell abitato e travasa una parte delle sue portate nel Riu Gadduresu tramite un suo affluente minore (affluente in sinistra nei pressi di via Vesuvio). L acqua si propaga secondo la topografia invadendo una gran parte dell area urbana compresa tra le foci del Riu Gadduresu e del Riu Seligheddu (in prossimità del tracciato ferroviario) dove si registrano altezze d acqua simulate A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 12 di 22

14 da 1 a 2 metri di picco. Più a Nord la situazione è meno rilevante poiché il Riu San Nicola esonda con tiranti medio alti nel parco pubblico, nell abitato adiacente e nelle aree esterne all area urbana dove avviene una laminazione naturale nella piana che confina con il raccordo che collega il centro con la circonvallazione Inviluppo delle massime velocità Figura 8 Mappa delle Velocità a T=50 anni In figura si ha una visione d insieme delle velocità che si raggiungono nelle aree in cui il flusso è stato modellato in campo bidimensionale. A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 13 di 22

15 I risultati evidenziano quanto detto in precedenza per quanto riguarda il travaso che avviene dal Riu Seligheddu al Riu Gadduresu: le velocità sono tali da superare 1,5 m/s per poi propagarsi anche con valori medi di velocità (0,5 m/s) nella piana prima dell imbocco nel Gadduresu. Si nota inoltre come nelle strade le velocità siano maggiori per la minore resistenza al flusso. 2.2 TEMPO DI RITORNO T=100 ANNI Inviluppo dei massimi tiranti Figura 9 Mappa dei Tiranti Idrici a T=100 anni Con tempi di ritorno superiori si ottiene un aumento di tiranti. Si nota che le aree allagate non cambiano tanto per estensione, ma per valori di altezza d acqua. L interpretazione di questo A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 14 di 22

16 fenomeno si ritrova ancora una volta nella topografia dell area urbana che contiene aree interessate da allagamento confinate in parte da altre poste a una quota superiore Inviluppo delle massime velocità Figura 10 Mappa delle Velocità a T=100 anni In Figura si riporta la mappa di velocità, non molto diversa da quella calcolata per T=50 poiché si tratta di una zona relativamente pianeggiante e quindi le pendenze e le resistenze al moto non sono tali da manifestare un effetto così accentuato al variare del tempo di ritorno rispetto a quello visto per i tiranti. Lo stesso discorso vale per le velocità stimate a T=200 anni e T=500 anni di cui si riportano i risultati ai paragrafi successivi. A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 15 di 22

17 2.3 TEMPO DI RITORNO T=200 ANNI Inviluppo dei massimi tiranti Figura 11 Mappa dei Tiranti Idrici a T=200 anni A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 16 di 22

18 2.3.2 Inviluppo delle massime velocità Figura 12 Mappa delle Velocità a T=200 anni A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 17 di 22

19 2.4 TEMPO DI RITORNO T=500 ANNI Inviluppo dei massimi tiranti Figura 13 Mappa dei Tiranti a T=500 anni A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 18 di 22

20 2.4.2 Inviluppo delle massime velocità Figura 14 Mappa delle Velocità a T=500 anni A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 19 di 22

21 3 FASCE FLUVIALI La rielaborazione dei risultati delle aree allagabili ha permesso il tracciamento delle fasce fluviali a vari tempi di ritorno. Figura 15 Fasce Fluviali a vari tempi di ritorno Si nota come la fascia con T=50 anni, corrispondente alla pericolosità H1 sia molto simile a quelle con tempi di ritorno superiori. Questo è dovuto alla conformazione topografica dell abitato che spesso contiene zone di accumulo ben definite, quindi all aumentare del livello (condizione che si verifica all aumentare del tempo di ritorno) l acqua rimane confinata in queste zone, salvo casi come l area prospiciente al parco pubblico e altre situazioni minori. La fascia geomorfologica che raccoglie gran parte del territorio si definisce come l area che può essere interessata dalla dinamica del corso d acqua (variazioni plano altimetriche dell alveo). A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 20 di 22

22 3.1 CONFRONTO TRA FASCE ATTUALMENTE IN VIGORE E FASCE AGGIORNATE Il Piano Stralcio per le Fasce Fluviali (P.S.F.F.) è il piano attualmente in vigore dal 2008 nel Comune di Olbia e in tutta la Regione Sardegna. Questo studio è stato realizzato mediante l utilizzo di un software che opera in campo monodimensionale, mentre il presente lavoro utilizza una metodologia ibrida mono-bidimensionale, conferendo maggior affidabilità al modello, poiché la maggior parte dei processi propagativi nella piana sono di tipo bidimensionale. In Figura è rappresentato il confronto tra P.S.F.F. e l aggiornamento al P.A.I. del presente studio. Le principali differenze si possono perlopiù attribuire al fatto che nel primo si è considerato solamente il bacino del Riu San Nicola, non coinvolgendo i Rii minori e gli altri corsi d acqua della città (e quindi trascurandone le interazioni tra essi), mentre nel secondo si è svolta una modellazione sull intero reticolo fluviale. A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 21 di 22

23 Figura 16 Confronto tra il Piano Fasce in vigore (PSFF) e l'aggiornamento al PAI (presente studio) A04 Relazione Idraulica delle Fasce Fluviali pagina 22 di 22

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