PIANO COMUNALE DI PROTEZIONE CIVILE

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3 PIANO COMUNALE DI PROTEZIONE CIVILE DEL RISCHIO IDRAULICO, IDROGEOLOGICO e INCENDIO RELAZIONE IDROLOGICA IDRAULICA Sommario 1. Premessa Inquadramento generale dell area in studio Il bacino idrografico Caratteristiche geomorfologiche Topografia Uso del suolo Pedologia Mappa del CN Precipitazioni registrate Precipitazioni giornaliere Precipitazioni intense Analisi precipitazioni giornaliere La stima della portata di progetto Analisi Idraulica Determinazione delle condizioni di moto Determinazione del profilo della corrente Il codice di calcolo HEC RAS I calcoli idraulici Perdite di carico Perdite per attrito

4 Perdite per contrazione ed espansione Sezioni interpolate Le giunzioni Ponti ed attraversamenti in sezioni chiuse Determinazione del profilo di moto permanente Risultati APPENDICE-A APPENDICE-B

5 1. Premessa Con determinazione n 217, del 11/12/2014, del Responsabile del Servizio Tecnico del Comune di Tuili: è stato affidato al Raggruppamento Temporaneo di Professionisti, composto da: Ing. Marco Sanna (capogruppo), Ing Clorinda Cortis e Geol. Giovanna Frau, l incarico per la redazione del Piano Comunale di Protezione Civile rischio idrogeologico e idraulico ; sono state impegnate le somme di 4.500,00 in favore del Raggruppamento Temporaneo di Professionisti succitato, imputando la spesa sulla voce bilancio 2014; è stato acquisito il codice C.I.G. X5E113BDAC. Con convenzione del 3 febbraio 2015 è stato assunto dallo scrivente professionista, in qualità di capogruppo del Raggruppamento Temporaneo di Professionisti, l incarico riguardante la redazione del Piano di Protezione Civile del comune di Tuili. La stesura del Piano di Protezione Civile in oggetto nasce dalla necessità di garantire la salvaguardia della popolazione durante eventi di calamità naturali attraverso uno strumento capace di fronteggiare le situazioni di RISCHIO, siano esse di tipo idraulico, idrogeologico o incendi. A tal fine si è reso necessario lo studio idrologico e idraulico descritto nella presente relazione tecnica. 3

6 -Relazione Idrologica Idraulica- 2. Inquadramento generale dell area in studio Il Comune di Tuili (VS) è situato al piede del versante meridionale dell altipiano della Giara, nella Sardegna centro meridionale. L area urbanizzata ricade nella tavoletta IGM in scala 1: TUILI (Foglio 539 Sez. I-II NE) ed è compresa nella C.T.R. numerica, in scala 1:10.000, nell elemento Il bacino idrografico Il bacino idrografico individuato, così come riportato in Figura 1, è stato utilizzato per l individuazione delle grandezze caratteristiche utili all analisi idrologica descritta nei successivi paragrafi. LI P ICCIA Crabili Ecciu 08 PAU CRO XIO LAU Mitza Nuridda N.ghe Tuturuddu C. Pitzalis PAU N.ghe Nuridda ARR IDR OXIU Mitza Nuvardu della m Co Gia.le U LI M GU RDE Mitza S.Luisa ra ad Str BRUNCU SU CARDU a XI RA SU N.ghe G U G U R PRANU MEDAU IS T ELLA S MASOI DE PISU S. Luisa NGIA MURGIA S U LE Su Cungiau Franciscu Vacca AN U PR LIA NA ilis Meli Porc Bin de gia V U IA NG CU Galoppatoio S Serbatoio Strada Riu LI A AN Mitza Intura TANC A OLL IAS TUILI irinu gia Cimitero Comunale Pitt Vic.le DIS Bin RIBIR C TE C LA S IA LL O del tu CERBISC I MONTIGHEDDU Can a ad Str e ic.l BR.CU MAIOLA BR.CU PALLARESU Setz u Meli are i Arb SE Consorzio Agrario Pa uli ili Tu C. Fulgeri Nuraghe SE R e m.l Co su Nuraxi (Villaggio Nuragico) ili PARDU QUADDUS Mitza SERRA IDDAS a Riu Pis cin Tu.le Funtana Pardu Com MUSUNGIU SU PORCU del Paddiu S.Maria Mattatoio Prov.le turu Gut da Stra Ovili Comunali Strada PAR DU BAR UMIN I SA LANZA Carroi A RR u Bacc N.ghe Per Riu Riu PE RD A NI ED DA GIU A AB RD PE Porc us R Figura 1. Indicazione del bacino idrografico sotteso dal Rio Corretto Le caratteristiche topografiche del bacino sono riportate in Tabella 1. 4

7 Tabella 1. Caratteristiche principali del bacino idrografico u.m. simbolo Bacino superficie kmq S 5.56 lunghezza dell'asta principale km L 4.60 pendenza dell'asta principale m/m J 0.09 Quota della sezione terminale m slm Ho Altitudine media m slm Hm Velocità media in alveo m/s V 1.00 Curve Number AMC III CN Caratteristiche geomorfologiche Topografia Sulla base della CTR in scala 1:10000 ed il modello digitale delle quote (DEM) alla risoluzione di 10 m, disponibile presso la Regione Sardegna, è stato possibile descrivere geograficamente e topograficamente il terreno sul quale insiste il comune di Tuili. Figura 2. Modello digitale delle quote (DEM) disponibile 5

8 Uso del suolo Per l analisi dell'uso del suolo nell'area comunale in studio per la redazione del Piano è stata utilizzata la Carta dell'uso del Suolo in scala 1:25000, anch essa disponibile presso la Regione Sardegna. Nella Errore. L'origine riferimento non è stata trovata. sono elencati i codici utilizzati nella carta dell uso del suolo presenti nella Figura 3 a seguire. Figura 3. Carta dell uso del suolo 6

9 Tabella 2. Codici utilizzati nella Carta dell uso del suolo di Figura 3 TERRITORI MODELLATI ARTIFICIALMENTE 1 ZONE URBANIZZATE 1 1 TESSUTO CONTINUO (URBANO) TESSUTO RESIDENZIALE COMPATTO E DENSO TESSUTO RESIDENZIALE RADO TESSUTO RESIDENZIALE RADO E NUCLEIFORME FABBRICATI RURALI 2 ZONE INDUSTRIALI, COMMERCIALI E RETI DI COMUNICAZIONE 2 1 INSEDIAMENTI INDUSTR., COMMERCIALE E DEI GRANDI IMPIANTI DEI SERVIZI PUBBL. E PRIV INSEDIAMENTO INDUSTRIALI/ARTIG. E COMM. E SPAZI ANNESSI INSEDIAMENTO DI GRANDI IMPIANTI DI SERVIZI 2 2 RETI ED AREE INFRASTRUTTURALI STRADALI E FERROVIARIE RETI STRADALI E SPAZI ACCESSORI RETI FERROVIARIE E SPAZI ANNESSI GRANDI IMPIANTI DI CONCENTRAMENTO E SMISTAMENTO MERCI IMPIANTI A SERVIZIO DELLE RETI DI DISTRIBUZIONE 2 3 AREE PORTUALI 2 4 AREE AEROPORTUALI ED ELIPORTI 3 ZONE ESTRATTIVE, DISCARICHE E CANTIERI 3 1 AREE ESTRATTIVE 3 2 DISCARICHE E DEPOSITI DI ROTTAMI DISCARICHE DEPOSITI DI ROTTAMI A CIELO APERTO, CIMITERI DI AUTOVEICOLI 3 3 CANTIERI 4 ZONE VERDI ARTIFICIALI NON AGRICOLE 4 1 AREE VERDI URBANE AREE RICREATIVE E SPORTIVE 7

10 4 2 2 AREE ARCHEOLOGICHE 4 3 CIMITERI TERRITORI AGRICOLI 1 SEMINATIVI SEMINATIVI IN AREE NON IRRIGUE PRATI ARTIFICIALI 1 2 SEMINATIVI IN AREE IRRIGUE SEMINATIVI SEMPLICI E COLTURE ORTICOLE A PIENO CAMPO RISAIE VIVAI COLTURE IN SERRA 2 COLTURE PERMANENTI 2 1 VIGNETI 2 2 FRUTTETI E FRUTTI MINORI 2 3 OLIVETI 3 1 PRATI STABILI 4 ZONE AGRICOLE ETEROGENEE 4 1 COLTURE TEMPORANEE ASSOCIATE A COLTURE PERMANENTI COLTURE TEMPORANEE ASSOCIATE ALL'OLIVO COLTURE TEMPORANEE ASSOCIATE AL VIGNETO COLTURE TERMPORANEE ASSOCIATE AD ALTRE COLTURE PERMANENTI 4 2 SISTEMI COLTURALI E PARTICELLARI COMPLESSI 4 3 AREE PREV. OCCUPATE DA COLTURE AGRARIE CON PRESENZA DI SPAZI NATURALI IMPORTANTI 4 4 AREE AGROFORESTALI TERROTORI BOSCATI ED ALTRI AMBIENTI SEMINATURALI 1 ZONE BOSCATE 1 1 BOSCHI DI LATIFOGLIE B0SCO DI LATIFOGLIE 8

11 1 1 2 ARBORICOLTURA CON ESSENZE FORESTALI DI LATIFOGLIE PIOPPETI, SALICETI,EUCALITTETI ECC. ANCHE IN FORMAZIONI MISTE SUGHERETE CASTAGNETI DA FRUTTO ALTRO 1 2 BOSCHI DI CONIFERE BOSCO DI CONIFERE ARBORICOLTURA CON ESSENZE FORESTALI DI CONIFERE 1 3 BOSCHI MISTI DI CONIFERE E LATIFOGLIE 2 ASSOCIAZ. VEGETALI ARBUSTIVE E/O ERBACEE 2 1 AREE A PASCOLO NATURALE CESPUGLIETI ED ARBUSTETI FORMAZIONI DI RIPA NON ARBOREE 2 3 AREE A VEGETAZ. SCLEROFILLA MACCHIA MEDITERRANEA GARIGA 2 4 AREE A VEGETAZ. ARBOREA ED ARBUSTIVA IN EVOLUZIONE AREE A RICOLONIZZAZIONE NATURALE AREE A RICOLONIZZAZIONE ARTIFICIALE 3 ZONE APERTE CON VEGETAZIONE RADA O ASSENTE 3 1 SPIAGGE DUNE E SABBIE SPIAGGE DI AMPIEZZA SUPERIORE A 25M AREE DUNALI NON COPERTE DA VEGETAZIONE DI AMPIEZZA SUPERIORE A 25M AREE DUNALI COPERTE DA VEGETAZIONE DI AMPIEZZA SUPERIORE A 25M DISTESE DI SABBIA LETTI DI TORRENTI DI AMPIEZZA SUPERIORE A 25M 3 2 PARETI ROCCIOSE E FALESIE 3 3 AREE CON VEGETAZIONE RADA > 5% E< 40% 9

12 TERRITORI UMIDI 1 ZONE UMIDE INTERNE 1 1 PALUDI INTERNE 1 2 TORBIERE 2 ZONE UMIDE INTERNE 2 1 PALUDI SALMASTRE 2 2 SALINE 2 3 ZONE INTERTIDALI CORPI IDRICI 1 ACQUE CONTINENTALI 1 1 CORSI D'ACQUA CANALI IDROVIE FIUMI, TORRENTI E FOSSI CANALI E IDROVIE 1 2 BACINI D'ACQUA BACINI NATURALI BACINI ARTIFICIALI 2 ACQUE MARITTIME 2 1 LAGUNE, LAGHI E STAGNI COSTIERI LAGUNE, LAGHI E STAGNI COSTIERI A PRODUZIONE ITTICA NATURALE ACQUACOLTURE IN LAGUNE, LAGHI E STAGNI COSTIERI 2 2 ESTUARI E DELTA 2 3 MARI AREE MARINE A PRODUZ. ITTICA NATURALE 10

13 Pedologia La Carta dei Suoli della Sardegna in scala 1:250'000 è realizzata sulla base di grandi Unità di Paesaggio in relazione alla litologia e le relative forme. Ciascuna unità è suddivisa in sottounità (unità cartografiche) comprendenti associazioni di suoli in funzione del grado di evoluzione o di degradazione, dell uso attuale e futuro e della necessità di interventi specifici. In Figura 4 è riportata la carta dei suoli mentre nella Errore. L'origine riferimento non è stata trovata. vengono descritti i diversi paesaggi presenti nella Carta dei suoli dell area in studio. Figura 4. Paesaggi presenti nell area in studio. I codici della legenda sono definiti nella Tabella 3. 11

14 Tabella 3. Diverse aree morfologiche presenti nell area di studio Sigla Pedologia E2 G3 G2 G1 Morfologia Aree con forme da ondulate a subpianeggianti, a tratti fortemente incise. Aree pianeggianti, a tratti depresse. Aree con forme da ondulate a subpianeggianti e con pendenze elevate sull'orlo delle colate. Aree con forme ondulate, sulle sommità collinari e in corrispondenza dei litotipi più compatti Mappa del CN La mappa del CN è stata determinata dall intersezione della mappa di uso del suolo (Figura 3) e di quella della pedologia (Figura 4), ed è riportata in Figura 5. Figura 5. Mappa del Curve Number 12

15 3. Precipitazioni registrate Nei giorni 27 e 28 novembre 2008 gran parte della Sardegna centrale e orientale è stata interessata da un evento meteorico caratterizzato da precipitazioni di carattere eccezionale. A seguito di interviste eseguite sul territorio e alla descrizione delle conseguenze che il territorio comunale di Tuili ha subito, si è ritenuto corretto studiare l evento quantomeno per definire il tempo di ritorno associato Precipitazioni giornaliere Le stazioni pluviometriche presenti nei dintorni del bacino idrografico in esame sono quelle di Laconi, Lunamatrona e Villamar. I dati del Servizio Idrografico Regionale per la giornata del Novembre 2008 (Tabella 4), mostrano dei valori di precipitazione giornaliera non rilevanti, questo a causa del tipo di misurazione che tende a non considerare gli eventi meteorici intensi e di breve durata. Tale affermazione è confermata confrontando tali valori con le massime precipitazioni giornaliere registrate nel periodo e riportate nelle Figura 6-Figura 7 e Figura 8, in cui si evince la non eccezionalità dell evento. Tabella 4. Osservazioni pluviometriche in corrispondenza delle stazioni pluviometriche [precipitazione cumulate rilevate fra le 9 del 27 e le 9 del 28 novembre 2008]. Stazione Precipitazione giornaliera cumulata Tempo di ritorno stimato[anni] [mm] Laconi Lunamatrona Villamar Precipitazioni intense Per quanto riguarda la stazione di Laconi, che risulta essere quella più significativa per vicinanza e caratteristiche del bacino, il Servizio Idrografico Regionale ha reso disponili anche i dati delle precipitazioni orarie rilevate dalle ore 9,00 del 27 alle ore 9,00 del 28 Novembre 2008 così come riportato nella tabella seguente. Tabella 5. Precipitazione orarie registrate dalle ore 22:00 del 27 alle ore 9:00 del 28 nov 2008 nella stazione di Laconi 13

16 In particolare, risulta di interesse la precipitazione oraria registrata tra le 2 e le 3 del mattino del 28 Novembre nella stazione di Laconi. Infatti è stata misurata una altezza di pioggia pari a 45.4 mm. A tale misura, attraverso calcoli idrologici, è possibile associare un Tempo di ritorno pari a 47 anni. Si precisa che in corrispondenza dell evento del 28 novembre 2008 l abitato ha subito diversi danni causati dalle colate detritiche provenienti dal versante dell altipiano della Giara, che hanno invaso alcune strade dell abitato soggette ad allagamenti (zona Canali Via Umberto I; via B. Melis; via Bangius), fino a riversarsi nella via 4 Novembre che ha funzionato da vettore per i detriti rilasciati poi nei pressi della chiesa di Sant Antonio (Piazza Vittorio Veneto) all incrocio con la via Roma. I danni hanno riguardato esclusivamente beni materiali. Occorre evidenziare che il Rio Corretto, che delimita il centro abitato a est, non ha esondato nonostante si siano raggiunti livelli idrici critici fino a raggiungere l intradosso del ponte sulla via Roma. 4. Analisi precipitazioni giornaliere Di seguito si riportano i grafici relativi alle massime precipitazioni giornaliere registrate nel periodo Massime altezze di pioggia giornaliere staz.laconi Altezze massime [mm] Tr [anni] Figura 6. Massime altezze di precipitazione giornaliera periodo Stazione Laconi. 14

17 Massime altezze di pioggia giornaliere staz.villamar Altezze massime [mm] Tr [anni] Figura 7. Massime altezze di precipitazione giornaliera periodo Stazione Villamar. Massime altezze di pioggia giornaliere staz.lunamatrona Altezze massime [mm] Tr [anni] Figura 8. Massime altezze di precipitazione giornaliera periodo Stazione Lunamatrona. 15

18 5. La stima della portata di progetto La stima della portata al colmo per assegnato periodo di ritorno è stata valutata facendo ricorso ai modelli statistici-probabilistici oggi disponibili in Sardegna. Come prescritto dal Piano di Assetto Idrogeologico (PAI) della Regione Sardegna si sono eseguite le valutazioni delle portate di piena per i tempi di ritorno di 50, 100, 200 e 500 anni. Analizzando il PAI vigente si evidenzia che su gran parte del rio Corretto sono state individuate in sinistra idraulica delle aree caratterizzate da rischio moderato (Ri2). Il tronco individuato come critico (sezione di controllo: codice B7cpTC129), è costituito dal tratto del canale di guardia a monte dell abitato del comune di Tuili, la sezione di controllo è in località Ribirdis. Nelle Tabella 1 sono riportati i parametri morfologici adottati per il bacino considerato e le portate di piena desunte, con i vari metodi, per i diversi tempi di ritorno citati. Per quanto riguarda la determinazione del parametro CN si è fatto riferimento al metodo SCS-CN in funzione della tipologia pedologica e di uso del suolo del bacino in esame. Tale analisi ha previsto l utilizzo delle carte tematiche, riportate nei precedenti paragrafi, che hanno permesso di ottenere un valore medio per il parametro CN, con condizioni antecedenti l evento di tipo AMC II, pari a 68 su tutto il bacino. Nella stima della portata di progetto con il metodo razionale si è poi fatto riferimento alla condizione di umidità del suolo più critica, corrispondente alla classe AMC III, e per tale motivo si è proceduto alla correzione del parametro CN con l espressione del Soil Conservation Service, 1975, ottenendo un valore del CN, in condizioni AMC III, pari a 82. Nella tabella che segue si riporta il confronto, per i diversi tempi di ritorno considerati, delle portate di piena assunte dal PAI con quelle calcolate sulla base delle analisi idrologiche del metodo razionale TCEV ritenuto maggiormente indicato per la tipologia di bacino imbrifero in studio. Tabella 6. Confronto tra le portate calcolate e quelle assunte dal PAI. Le portate sono espresse in m 3 /s Tr=50 anni Tr=100 anni Tr=200 anni Tr=500 anni PAI vigente (scheda B7cpTC129) Razionale (TCEV)

19 Come evincibile dalla tabella si sono ottenuti valori di portata confrontabili, in termini di ordini di grandezza, con quelli dello studio PAI. Attraverso questi risultati è stato possibile effettuare uno studio idraulico del tronco finale del Rio Corretto (fino al ponte sulla via Roma), grazie anche ai rilievi delle sezioni trasversali eseguiti per lavori di adeguamento idraulico dello stesso rio, per la verifica delle zone allagabile. Lo studio citato al capoverso precedente è riportato in dettaglio nei capitoli successivi della presente relazione. 17

20 6. Analisi Idraulica La verifica idraulica delle condizioni di deflusso del Rio Corretto è stata eseguita su una lunghezza complessiva di circa 800 m del rio Corretto, utilizzando la restituzione eseguita nell ambito dell intervento denominato Ricostruzione di opere pubbliche danneggiate dall alluvione del 2008 I Lotto Sistemazione e messa in sicurezza del Rio Corretto del 2011 (le sezioni sono numerate dalla sezione 1 alla sezione 41 procedendo da valle verso monte). Il rilievo si sviluppa per circa 400 m a monte del ponte sulla via Roma (localizzato tra le sezioni 17 e 18) e per circa 400 m a valle del suddetto ponte. L'analisi è stata effettuata in riferimento al regime di deflusso per i tempi di ritorno di 50, 100, 200 e 500 anni a cui sono associate le portate di piena così come indicate nella Tabella 7 e già individuate nella parte idrologica della presente relazione in cui sono descritte le valutazioni eseguite. Tabella 7 Portate di progetto Tr=50 anni Tr=100 anni Tr=200 anni Tr=500 anni Razionale (TCEV) Determinazione delle condizioni di moto 7.1. Determinazione del profilo della corrente Il profilo della corrente è stato determinato ipotizzando condizioni di moto permanente, dato che le variazioni di portata nel tempo in occasione delle piene naturali non sono così rapide da rendere necessaria un'analisi in condizioni di moto vario. Il buon inalveamento della corrente consente altresì di considerare la corrente con una schematizzazione monodimensionale, essendo assenti esondazioni con componenti del moto ortogonali all'asse del corso d'acqua, e potendo così ricorrere a schemi di calcolo sufficientemente semplici e robusti da non creare problemi numerici e di stabilità del modello, evitando la necessità di complesse analisi di sensitività per la validazione del modello stesso. In particolare, è stato utilizzato il codice di calcolo HEC RAS, descritto nel paragrafo successivo Il codice di calcolo HEC RAS HEC RAS è un codice sviluppato dall'hydrologic Engineering Center dell'u.s. Army Corps of Engineers. Il software è in grado di analizzare e risolvere i calcoli legati al tracciamento del profilo 18

21 idrico di un corso d'acqua in regime di moto permanente e/o in regime di moto vario, nonché le problematiche legate al trasporto solido delle correnti. In ciascuna di queste tre tipologie di studio il programma è in grado di utilizzare sia le proprietà intrinseche del terreno (in particolare in termini di coefficiente di scabrezza di Manning), sia le proprietà geometriche della sezione del corso d'acqua. Componenti idrauliche dell'analisi Questa componente del sistema di modellazione è da utilizzare per il calcolo della superficie idrica di correnti gradualmente variate. Il sistema può analizzare una rete di canali o un singolo corso d'acqua. Per l'analisi del moto HEC RAS richiede la portata nota su ogni ramo (o parte di esso), inoltre è necessario definire le condizioni al contorno a monte (che saranno valide per una corrente veloce) e a valle (che saranno valide per una corrente lenta) dei rami unitamente alle caratteristiche delle confluenze; il software permette di imporre una corrente lenta, un regime di corrente veloce ovvero di determinare autonomamente il profilo della corrente in regime misto. Le condizioni al contorno utilizzabili sono: altezza nota del pelo libero; passaggio per l'altezza critica; altezza di moto uniforme (per una particolare pendenza assegnata); scala delle portate. La procedura di calcolo è basata sulla risoluzione dell'equazione monodimensionale dell'energia, in cui le perdite di carico sono valutate tramite il coefficiente di scabrezza di Manning che è stato opportunamente determinato in funzione delle caratteristiche delle singole sezioni e pertanto risulta essere variabile lungo la sezione stessa. É possibile valutare i fenomeni di contrazione e allargamento della corrente tramite opportuni coefficienti di contrazione/espansione allorquando si abbiano variazioni di sezione in corti tratti (è il caso ad esempio in cui si hanno restringimenti dovuti al passaggio tra le pile di un ponte ed il conseguente allargamento). 19

22 Nei casi in cui la corrente non dovesse essere gradualmente variata viene utilizzata l'equazione del momento della quantità di moto (automaticamente, con l'opzione "regime misto", nei passaggi da corrente veloce a lenta, o su opzione nelle confluenze). Il punto di partenza è l'input della geometria del sistema, costituito dal corso d'acqua principale e da tutti gli affluenti, le sezioni trasversali, tutte le interferenze (ponti, passaggi all'interno di condotte circolari, a sezione rettangolare e comunque di qualunque forma, chiuse, ma in generale ogni variazione di sezione e/o la sua ostruzione). Ogni sezione, di un determinato ramo del corso d'acqua, è identificata univocamente da un numero positivo, crescente nel verso opposto a quello di scorrimento della corrente (quindi da valle verso monte). In generale ognuna di queste sezioni è suddivisa in tre porzioni che in prima istanza possono essere pensate come la savanella centrale (main channel) e le due aree golenali adiacenti (left overbank e right overbank). Tale suddivisione consente di ripartire la corrente in tre porzioni, considerando, per ognuna, velocità, portata e scabrezza diverse (è il caso, ad esempio, di savanella rivestita ed aree golenali con una certa copertura vegetale), ma con pari energia totale. Una volta completato l'input geometrico dei dati, occorre fornire i valori di portata da mettere in conto nelle sezioni. Nei casi di moto permanente il valore della portata Q è costante nel tempo, e sarà possibile fornire un valore di Q per ciascuna sezione, o, più semplicemente, si può inserire il valore solo nelle sezioni che hanno un cambiamento di portata. Nei casi di moto vario è possibile fornire un idrogramma con portata variabile col passo temporale desiderato. Nei casi di moto vario è possibile valutare l'efficacia di un'eventuale cassa d'espansione, così come gli effetti di un'idrovora che da tale area di espansione dovesse pompare le acque su un altro corpo idrico etc. I risultati ottenuti tramite il calcolo possono essere visualizzati graficamente, quali ad esempio l'andamento del profilo longitudinale con l'indicazione del fondo del corso d'acqua, l'altezza critica, l'altezza di moto uniforme, la quota del pelo libero, l'altezza totale e tutte le altre grandezze che servono a descrivere compiutamente il moto. Ovviamente le stesse grandezze possono essere ricavate in forma tabellare sezione per sezione. 20

23 I calcoli idraulici La metodologia utilizzata per la valutazione delle grandezze idrauliche che regolano il moto della corrente è il Metodo II descritto in "Backwater Curves in River Channels" EM (USACE 1959). Le grandezze idrauliche fondamentali, che intervengono nei processi che determinano il profilo della corrente ed i fenomeni legati al trasporto solido, sono la velocità della corrente, l'altezza del pelo libero, l'energia totale ed il suo gradiente. Nella Figura 9 sono messe in evidenza le grandezze che compaiono nell'equazione (1) (equazione di bilancio dell'energia). in cui si hanno: g: accelerazione di gravità; Ws 2 + α 2 V 2 2 /2g= Ws 1 + α 1 V 1 2 /2g + h e (1) he: perdita di energia; V1, V2: velocità media, riferita all'area della sezione bagnata, e relativa alla portata data; Ws1, Ws2: quota del pelo libero della corrente (per il dato valore di portata) rispetto uno zero convenzionale; α1, α2: coefficienti di ragguaglio delle potenze cinetiche (o coeff. di Coriolis); α V g Energy grade line h e Water surface α 2 1V 1 2g WS 2 Channel bottom Flow WS 1 Figura 9 Carichi idraulici in due sezioni di calcolo consecutive 21

24 Perdite di carico L'input della geometria del sistema svolge un ruolo determinante proprio perché tramite la definizione di questa avviene il calcolo del profilo di corrente. Occorre quindi fornire al programma le sezioni trasversali del fiume e le distanze relative tra queste. Le perdite per attrito sono calcolate tramite il Metodo II descritto in "Backwater Curves in River Channels" EM (USACE 1959). Come riportato nell'equazione 2), la perdita di carico "he" è data dalla somma di due componenti: hf: perdita di energia per attrito ho: perdita di energia legata alla forma della sezione he = hf + ho (2) Le perdite dovute alla contrazione o all'allargamento della sezione sono valutate nel termine ho Perdite per attrito Come già scritto, la sezione trasversale è suddivisa in porzioni aventi analoghe proprietà idrauliche nella direzione del flusso, ciascuna di queste è suddivisa in sub-sezioni ed in ciascuna di esse le perdite per attrito sono calcolate tramite la relazione: h f = (Q/K) 2 (3) in cui: K = Σ J=1,NSS [(A 2j +A 1j )/2 ((R 2j +R 1j )/2) 2/3 ] / [n j L 0.5 j ] (4) A 1j, A 2j : aree delle sezioni, normali al flusso, rispettivamente di valle e di monte; NSS: numero totale di sub-sezioni in cui è suddivisa una sezione; K: total conveyance del tratto compreso tra le due sezioni L j : distanza tra le j esime sub-sezioni; n j : coeff. di scabrezza di Manning tra le j esime sub-sezioni; Q: portata; R 1j, R 2j : raggi idraulici delle corrispondenti sezioni. 22

25 Perdite per contrazione ed espansione Le perdite per contrazione ed espansione della corrente sono valutate tramite l'equazione 5) riportata di seguito: ho = CL [A2V22/2g - A1V12/2g] (5) in cui CL è il coefficiente di contrazione (positivo) o espansione (negativo). Ogni sezione descritta da un numero N di punti è suddivisa, come già detto in precedenza in tre "porzioni" (left overbank, main channel, right overbank), come illustrato in Figura 10. Ogni porzione è ulteriormente suddivisa in sub-section, come illustrato in Figura 11. Ad esempio l'area corrispondente al main channel è data dalla sommatoria delle aree delle subsection che la compongono secondo quanto riportato in Figura 11: A j = a 3 + a 4 + a 5 (6) così come P j = p 3 + p 4 + p 5 (7) in cui P è il contorno bagnato della sezione. Il raggio idraulico del main channel è calcolato come rapporto tra le somme delle aree Ak e la somma dei contorni bagnati Pk delle singole sub-section tramite la relazione: 23

26 LEFT OVERBANK MAIN CHANNEL RIGHT OVERBANK 1 10 P1 2 P2 P P6 P5 7 P7 8 9 P8 P9 P4 Figura 10 Suddivisione della sezione in 3 componenti water surface a3 a4 a5 3 P3 4 P4 5 6 P5 channel bottom Figura 11 Scomposizione di una componente della sezione in sub-sezioni R j = (A j /P j ) = (ΣA k /ΣP k ) (8) dove Aj, Pj ed Rj sono rispettivamente l'area, il contorno bagnato ed il raggio idraulico della j- esima sub-section. Il coefficiente di Coriolis α che tiene conto della distribuzione della distribuzione della velocità all'interno della sezione trasversale, viene calcolato tramite la relazione: α = [Σ J=1,NSS (K 3 j /A 2 j )]/(K 3 /A 2 ) (9) 24

27 Sezioni interpolate Talvolta è necessario interpolare le sezioni per un tratto in cui la definizione della geometria non sia stata sufficientemente dettagliata. Questo accade soprattutto per evitare che venga valutata ad esempio una forte perdita di energia per un allargamento e/o restringimento che nella realtà è graduale e non istantaneo come può accadere tra due sezioni non interpolate Le giunzioni Le connessioni tra due o più rami di un canale è denominata "giunzione" nella quale un ramo di valle viene connesso con altri che ovviamente stanno a monte. Questa particolare situazione può essere risolta in due modi, come già accennato, ovvero mediante: L EQUAZIONE DELL'ENERGIA TOTALE Equilibrio delle energie totali delle correnti nelle sezioni immediatamente a monte della confluenza ed immediatamente a valle di questa (metodologia da preferire nei casi in cui non si hanno particolari dissipazioni di energia tra le sezioni di monte e di valle); L EQUAZIONE DEL MOMENTO Equilibrio dei momenti delle quantità di moto tra le stesse sezioni di cui sopra (situazione questa da preferire quando l'angolo di incidenza del canale di monte è tale da provocare considerevoli perdite di energia) Ponti ed attraversamenti in sezioni chiuse Particolare attenzione merita la presenza di eventuali ponti e/o attraversamenti all'interno di sezioni chiuse (scatolari, circolari, ovoidali etc.). Per ciò che riguarda la perdita di energia, questa viene suddivisa in tre componenti: nella sezione di valle si ha perdita di energia per "brusco allargamento" della corrente fluida; nella sezione intermedia, la quale può essere modellata in maniera da ridurre i fenomeni turbolenti; nella sezione di monte in cui viene ad aversi una contrazione della corrente e la conseguente formazione di moti vorticosi. Per rendere definito il problema occorre fornire 4 sezioni, due delle quali rispettivamente a monte e a valle dell'interferenza in cui siano trascurabili i fenomeni dovuti alla contrazione della corrente 25

28 (Figura 12, sezioni 4 e 1), le altre due immediatamente a monte e a valle del manufatto (sezioni 2 e 3), in queste è necessario imporre un'area inefficace. Figura 12 Geometria di un passaggio ristretto Le metodologie utilizzate per attribuire i valori ad Lc ed Le sono diffusamente dibattute in "Flow Transitions in Bridge Backwater Analysis" (RD-42 HEC, 1995). HEC RAS offre diverse possibilità di risolvere il problema richiamate di volta in volta dall'utente, per i casi più frequenti nella pratica sono da preferirsi l'equazione di bilancio dell'energia, l'equazione di bilancio del momento della quantità di moto e talvolta l'equazione di Yarnell. Poiché però il codice HEC RAS non studia il moto all'interno di un ponte, ma utilizza l'equazione tra monte e valle, esso non è idoneo a simulare il comportamento di lunghi tratti tombati Determinazione del profilo di moto permanente Il calcolo è stato effettuato sulla base dei seguenti elementi: il profilo della corrente è stato valutato considerando un moto permanente per tronchi omogenei chiusi alle sezioni di interesse. Rispetto alle reali condizioni del moto, che in generale presenta variazioni di portata nel tempo, si avranno delle differenze, tuttavia, l'inviluppo dei massimi livelli idrici riscontrabili in un transitorio di portata variabile non sono, in generale, superiori dei livelli idrici riscontrabili in moto permanente, ovviamente per la data portata assunta; 26

29 la portata considerata è stata considerata costante lungo i diversi tratti omogenei degli alvei studiati, con incrementi in corrispondenza delle confluenze se presenti; le perdite di carico sono state valutate con la consueta espressione di Chezy e valutazione del coefficiente χ mediante la formula di Manning. Il valore del coefficiente di Manning, variabile lungo la sezione e inoltre variabile nelle diverse sezioni studiate, viene valutato in funzione delle relative caratteristiche che il fondo alveo assume, in particolare: per le sponde rivestite in calcestruzzo il valore del coefficiente assunto è pari a 0.015, come nel tratto compreso fra la sezione 41 e la sezione 18 (tale valore in letteratura si riferisce a pareti in cemento in non perfette condizioni; muratura ordinaria più o meno accurata ); per le parti non rivestite il valore del coefficiente assunto è pari a 0.025, come nel tratto compreso fra la sezione 17.5 e la sezione 1 (tale valore in letteratura si riferisce a terra con erba sul fondo; corsi d acqua naturali regolari ); 27

30 8. Risultati Nel codice di calcolo Hec-Ras sono state inserite le 41 sezioni trasversali ricavate dalla soluzione progettuale richiamata al Cap.7. Le simulazioni sono state effettuate con regime di flusso misto, considerando come condizione al contorno, sia di monte che di valle, il passaggio per l altezza critica. La schematizzazione della scabrezza delle sezioni trasversali è stata effettuata utilizzando il coefficiente di scabrezza della formula di Manning, in particolare è stato assunto un valore pari a n=0.015 per le sponde rivestite in calcestruzzo, ed il valore n=0.025 per le parti non rivestite. Nelle figure che seguono si riportano le planimetrie delle aree allagabili per i diversi tempi di ritorno considerati. Figura 13. Planimetria aree inondabili rio Corretto per il Tr=50 anni. 28

31 Figura 14. Planimetria aree inondabili rio Corretto per il Tr=100 anni. Figura 15. Planimetria aree inondabili rio Corretto per il Tr=200 anni. 29

32 Figura 16. Planimetria aree inondabili rio Corretto per il Tr=500 anni. Dall analisi dei risultati si nota che solamente per un tempo di ritorno di 500 anni si ha un allagamento del territorio in corrispondenza delle sezioni 9 e 10. Tali sezioni risultano vallive rispetto all abitato e non genera particolari rischi. Nella Appendice-A sono stati riportati i tabulati contenenti i dati idraulici della corrente ricavata dalla analisi idraulica eseguita, nella Appendice-B sono invece riportati i risultati grafici relativamente alle sezioni di calcolo, con evidenziati i livelli idrici raggiunti dalla corrente per i diversi tempi di ritorno considerati. 30

33 APPENDICE-A DATI NUMERICI RELATIVI ALLE VERIFICHE IDRAULICHE DELLO STATO ATTUALE 31

34 Reach River Station Profile Length Chnl Q Total Min Ch El W.S. Elev LOB Elev ROB Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl (m) (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) Rio Corretto 41 Tr Rio Corretto 41 Tr Rio Corretto 41 Tr Rio Corretto 41 Tr Rio Corretto 40 Tr Rio Corretto 40 Tr Rio Corretto 40 Tr Rio Corretto 40 Tr Rio Corretto 39 Tr Rio Corretto 39 Tr Rio Corretto 39 Tr Rio Corretto 39 Tr

42 Reach River Station Profile Length Chnl Q Total Min Ch El W.S. Elev LOB Elev ROB Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl (m) (m3/s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) Rio Corretto 17.5 Tr Rio Corretto 17.5 Tr Rio Corretto 17.5 Tr Rio Corretto 17.5 Tr Rio Corretto 17.4 Bridge Rio Corretto 17 Tr Rio Corretto 17 Tr Rio Corretto 17 Tr Rio Corretto 17 Tr Rio Corretto 16 Tr Rio Corretto 16 Tr

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