Paolo Atzeni, Paola Letizia, Michela Soldati. MED Ingegneria S.r.l., Ferrara

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1 431 STUDIO METEOMARINO ED ANALISI MODELLISTICA PER LA PROGETTA- ZIONE DEL NUOVO PORTO TURISTICO ALLE ISOLE TREMITI Paolo Atzeni, Paola Letizia, Michela Soldati MED Ingegneria S.r.l., Ferrara 1 - Introduzione Il presente lavoro è stato svolto dagli autori nell ambito di un incarico professionale ricevuto per verificare la fattibilità della realizzazione di un porto turistico nell arcipelago delle Isole Tremiti e di redigere l eventuale progetto preliminare ai sensi del DPR 509 del 2/12/1997. Le Isole Tremiti sono costituite da tre isole e un isolotto: San Domino, Caprara, San Nicola, e Il Cretaccio isolotto di creta. Distante circa 18 miglia da Rodi Garganico, 22 miglia da Termoli, 12 da Pianosa e 59 da Pescara, non consente facilmente l ormeggio ai diportisti se non durante le giornate di bonaccia e mare calmo. L idea è stata quindi quella di realizzare uno specchio d acqua tale per cui si potesse permettere alle piccole e medie imbarcazioni di ormeggiare in piena sicurezza. Per ridurre l impatti ambientale si sono ipotizzate delle opere che, grazie anche alla presenza e alla posizione delle isole dell Arcipelago, permettessero di avere un bacino di calma. Sono state ipotizzate delle soluzioni per raggiungere l obiettivo; mediante modellistica numerica è stata verificata idraulicamente la soluzione ottimale e redatto il progetto preliminare per verificarne la fattibilità ambientale, tecnica ed economica. La presente relazione illustra sinteticamente gli studi preliminari verificati con la modellistica numerica di tipo commerciale e posti alla base della progettazione. Lo studio meteomarino ha previsto una prima fase di analisi morfologica, batimetrica, dei fetch e di esposizione del paraggio. Le condizioni ondametriche considerate nello studio sono riferite ai dati della Boa di Ortona della RON(Apat). È stata quindi applicata la modellazione numerica alla configurazione attuale del paraggio e a due possibili ipotesi progettuali al fine di studiare il modificarsi delle grandezze caratteristiche dell onda dal largo verso riva e l idrodinamica costiera indotta dal moto ondoso. Infine è stata condotta una verifica delle condizioni di agitazione interna al bacino portuale.

2 432 Convegno di Maratea 2 - Localizzazione del sito e morfologia della costa ed esposizione al moto ondoso Il tratto di costa analizzato nel presente studio appartiene alla zona Nord dell isola di San Nicola, presenta un inclinazione pressoché costante pari a 45 N e si estende per una lunghezza di circa 850 m. La costa è essenzialmente rocciosa e frastagliata ed i fondali presentano pendenze molto elevate. La batimetria è stata desunta dalla carta nautica n. 234 Isole Tremiti e Pianosa, redatta dall Istituto Idrografico della Marina e aggiornata al 1992, da cui si evince una pendenza media di circa il 9% fino alla profondità di 5 m. Al fine di studiare il moto ondoso incidente sul tratto costiero di San Nicola è stato valutato il settore di traversia mediante l analisi dei fetch e sulla base di orientamento, esposizione e disposizione rispetto alle altre isole. Per il paraggio delle Isole Tremiti il diagramma del fetch risulta molto allungato in corrispondenza del II e del IV Quadrante, con lunghezze massime lungo le direzioni comprese tra 0 e 130 N e tra 280 e 350 N per le quali il fetch efficace, calcolato come indicato nello SPM 84, supera i 100 km. I settori compresi tra 130 e 280 N sono invece caratterizzati da lun- Figura 1 - Fetch geografico ed efficace per le Isole Tremiti

3 Coste: Prevenire, Programmare, Pianificare 433 ghezze del fetch efficace basse, per la maggior parte inferiori ai 50 km. È stato così individuato il settore di traversia principale compreso tra 305 e 360 N e tra 0 e 50 N, con un piccolo settore da 15 a 35 N di ridosso dovuto all isola di Caprara ed il settore di traversia secondario compreso tra 180 e 212 N (fig. 2). 3 - Dati ondametrici Sono stati utilizzati i dati registrati dalla boa di Ortona appartenente alla Rete Ondametrica Nazionale relative al periodo compreso tra il 01/07/1989 e il 31/12/2001, forniti via web dall APAT. Tramite l applicazione del metodo della trasposizione geografica è stata ricostruita la serie storica e la rosa delle onde relative all Arcipelago (fig. 3); le onde dominanti si presentano nel settore compreso tra 0 e 30 N, le onde Figura 2 - Esposizione del sito oggetto dello studio

4 434 Convegno di Maratea Figura 3 - Rosa delle onde per il paraggio delle Isole Tremiti regnanti lungo le direzioni comprese tra 330 e 360 N, mentre il settore compreso tra 135 e 315 N riveste una modesta importanza dal punto di vista ondametrico. A partire dalla serie storica sono state individuate le onde che meglio rappresentano il paraggio, effettuando una selezione in base a direzione di incidenza, altezza e frequenza di occorrenza. Sono quindi state scelte quattro onde provenienti dal I Quadrante, una dal III e due dal IV. Inoltre, per il corretto dimensionamento delle opere di difesa portuale, sono state calcolate le onde di progetto tramite l analisi statistica degli eventi estremi, adottando le leggi di distribuzione di probabilità cumulata di non superamento di Weibull e di Gumbel. Sono stati effettuati due studi distinti per il molo Nord Est di sopraflutto (eventi provenienti dal I e IV Quadrante) e di sottoflutto Sud Ovest (eventi provenienti dal III Quadrante) del porto in progetto. 4 - Regime delle maree L analisi delle maree è stata fatta con riferimento alla mareografia riportata nelle tavole di marea edite dall Istituto Idrografico della Marina

5 Coste: Prevenire, Programmare, Pianificare 435 (2006), attraverso cui si è valutata un escursione di marea di circa 0.40 m. Data la conformazione aperta del sito esaminato sono stati trascurati gli effetti indotti dal vento, mentre per quanto riguarda l effetto della pressione si sono seguite le indicazioni dell Istituto Idrografico (+0.50 m e m rispettivamente per bassa pressione di 722 mm Hg e alta pressione di 779 mm Hg). Tali valori, riportati solo per completezza dello studio, non risultano rilevanti al fine delle verifiche idrodinamiche delle correnti, mentre la valutazione dei massimi livelli, elemento dimensionante per la quota delle banchine fisse, è stata fatta considerando la statistica dei dati mareometrici rilevati a Pescara. 5 - Propagazione del moto ondoso Il regime ondametrico è stato studiato per tre diverse configurazioni: quella attuale e due di progetto. Quest ultime due sono rappresentate in figura 4: Figura 4 - Configurazioni progettuali, layout 1 (sinistra) e layout 2 (a destra) Lo studio delle trasformazioni che le onde subiscono nel propagarsi da largo (profondità variabili m) verso riva, a causa dell interazione con il fondo e con le strutture portuali, è stato condotto mediante l utilizzo del modulo Parabolic Mild Slope (PMS) del codice di calcolo MIKE21 sviluppato dal Danish Hydraulic Institute (DHI), che consente di rappresentare i fenomeni di interazione con il fondo come lo shoaling e la rifrazione, la diffrazione, molto importante data la particolare morfologia del paraggio ed il frangimento. Le onde, propagate nel dominio di calcolo, sono state simulate come irregolari e direzionali costruite con spettro in frequenza di tipo JONSWAP. Le griglie di calcolo sono state scelte in modo da comprendere la zona di studio, tra il Cretaccio e l Isola di San Nicola, e comunque tutte le zone costiere che influenzano la propagazione del moto ondoso; inoltre si è tenuto conto della direzione di provenienza delle onde studiate in modo che esse non si presentino troppo inclinate rispetto ai contorni offshore.

6 436 Convegno di Maratea Figura 5 - Onde considerate dallo studio e griglie di calcolo utilizzate Sono state utilizzate tre griglie di calcolo, di adeguata dimensione e orientazione, aventi maglie quadrate di 4 m di lato tali da rappresentare correttamente le onde durante il fenomeno del frangimento (fig. 5). La griglia 1 (onde dal I Quadrante), ha dimensioni di 4 520x2 520 m, con l asse y inclinato di 110 N, la griglia 2 onda dal III Quadrante), ha le stesse dimensioni della griglia 1, ma inclinazione 290 N; la griglia 3 (onde dal IV Quadrante), ha dimensioni di 3 800x4 200 m con l asse y inclinato di 75 N. Dai risultati si osserva che le ortogonali d onda tendono a disporsi, nell avvicinamento verso costa, perpendicolarmente alla linea di riva, a causa del fenomeno di rifrazione, che risulta importante nella fascia litoranea, che nel caso considerato non supera i 200 m di larghezza. La disposizione delle isole influenza molto l intensità delle onde generando, a seconda della direzione di incidenza, differenti zone, in termini di ampiezza, forma e importanza, di attenuazione delle altezze d onda (fig. 6).

7 Coste: Prevenire, Programmare, Pianificare 437 Figura 6 - Campi di moto ondoso per onde incidenti con diversa direzione propagate nelle tre griglie Per le onde provenienti dal IV Quadrante, tanto meno il moto ondoso al largo si presenta inclinato rispetto al Nord tanto meno l onda viene attenuta raggiungendo il sito esaminato in quanto riesce a giungere in maniera più diretta alla costa di San Nicola ed è meno schermata dalla presenza dell isola di Caprara. In questo caso la costruzione delle opere portuali di difesa garantisce una zona di calma in cui l onda si mantiene pressoché sempre inferiore ai 0.1 m. L onda dal II Quadrante, anche in assenza delle opere portuali, si presenta con un altezza molto ridotta, compresa tra 0.1 e 0.6 m, e si riduce ulteriormente con la presenza dei moli. Le onde provenienti dal IV Quadrante si presentano al largo pressoché perpendicolari alla costa interessata dal progetto e quindi raggiungono il sito in maniera diretta; le opere previste garantiscono la protezione dello specchio acqueo portuale. 6 - Circolazione idraulica indotta dal moto ondoso Sottocosta, nella fascia compresa tra la riva ed il limite più esterno dei frangenti, il moto ondoso subisce trasformazioni energetiche complesse che alimentano correnti e innalzamenti di livello, oltre che dissipazioni

8 438 Convegno di Maratea per turbolenza. Questi fenomeni sono stati studiati mediante il modulo Hydrodynamic (HD) del codice di calcolo MIKE21 (DHI). Il dominio di interesse è stato discretizzato con le stesse griglie utilizzate per il modulo PMS, ma in questo caso, per ottimizzare i tempi di calcolo, sono state usate maglie di 8 m di lato. Le condizioni interne introdotte in tale modulo sono ricavate utilizzando i campi di radiation stress indotti dalle onde e calcolati con il modulo PMS. Per le condizioni al contorno, data la particolare morfologia del dominio di calcolo, si è proceduti per iterazioni successive. Inizialmente è stata imposta sul contorno di sottoflutto una condizione di livello e su quello di sopraflutto una condizione di flusso calcolate a partire dal campo dei radiation stress ottenuti dal modulo PMS. Questo ha portato a una forte instabilità del modello, ragione per cui si è deciso di applicare su tutti i contorni della griglia, condizioni di livelli e portate nulli. Dal risultato di questa applicazione sono state estratte le curve dei livelli e portate dai contorni, utilizzate quindi come condizioni al contorno per il successivo step fino ad arrivare a stazionarietà. I risultati mostrano che la corrente generata dalle onde provenienti dal I Quadrante ha una direzione prevalente da Nord verso Sud e lambisce la costa Ovest dell Isola di Caprara con intensità elevate (fig. 7) mentre nella zona tra il Cretaccio e Caprara si genera un vortice, di ampiezza e intensità variabile a seconda dell onda considerata. Il flusso prosegue poi lambendo la costa Ovest dell isola di San Nicola dove si intensifica in corrispondenza dell area del previsto porto. Immediatamente a Sud dell isola di San Nicola si ha la confluenza dei due flussi provenienti da Ovest e da Est del Cretaccio. L onda proveniente dal III Quadrante genera una corrente molto attenuata che si sviluppa prevalentemente lungo la costa Est delle isole San Domino, San Nicola e Cretaccio, mentre raggiunge il sito di interesse con intensità molto basse dell ordine dei 0,15 m/s. Le onde provenienti dal IV Quadrante sono pressoché perpendicolari alla costa nord dell Isola di San Nicola (fig. 8). In corrispondenza della costa ovest dell Isola di Caprara si genera un flusso di corrente con verso Nord- Sud mentre lungo la costa nord dell Isola di San Domino se ne genera Figura 7 - Campo delle velocità della corrente indotta dall onda proveniente dal I Quadrante

9 Coste: Prevenire, Programmare, Pianificare 439 Figura 8 - Campo delle velocità della corrente indotta dall onda proveniente dal IV Quadrante uno con direzione NO- SE che, seguendo l andamento della costa, si propaga poi tra San Domino e il Cretaccio. Il primo presenta una biforcazione in corrispondenza della zona terminale dell Isola di Caprara: parte della corrente si sviluppa verso Est, lambendo la costa dell Isola di San Nicola, mentre una parte si propaga lungo la costa dell Isola di San Nicola interessata dal progetto. Quindi, nella zona immediatamente a Sud del previsto porto si ha la confluenza di tre flussi che lambiscono rispettivamente le isole San Nicola, Cretaccio e San Domino. In generale le intensità massime che si generano sono dell ordine di 0.6 m/s, variabile a seconda della direzione e altezza dell onda generatrice. La presenza delle opere portuali permette la creazione di un bacino protetto, in quanto, nel caso del layout 1, i moli portuali deviano la corrente verso il Cretaccio. Nel layout progettuale 2 invece le opere previste fanno si che il flusso si sviluppi tra le testate dei quattro moli, ossia in una zona intermedia tra l Isola di San Nicola e il Cretaccio. Si osserva inoltre che all interno del bacino portuale si ha, mediamente durante l anno, un certo ricambio idrico che, pur non essendo molto elevato, garantisce comunque una discreta qualità delle acque interne portuali. 7 - Agitazione residua all interno del bacino La verifica delle condizioni di agitazione interna è stata condotta mediante il modulo Boussinesq Wave (BW) del codice di calcolo MIKE21 (DHI), che consente di propagare onde spettrali irregolari e direzionali considerando i fenomeni della rifrazione, shoaling, attrito con il fondo, diffrazione e riflessione. Sono state verificate onde che si presentano nel parag-

10 440 Convegno di Maratea gio uno o due giorni all anno e con diverse direzione di provenienza tali da considerare tutte le possibili situazioni di mareggiate provenienti dal settore di traversia. La griglia del dominio di calcolo ha maglie quadrate di lato 4 m, ha l asse y orientato parallelamente al Nord e presenta un estensione di m lungo l asse EO e di m lungo l asse NS. Una griglia di calcolo con i coefficienti di riflessione delle opere interne è stata realizzata per considerare la presenza di scogliere e di opere parzialmente riflettenti. I risultati mostrano che per onde studiate per il dimensionamento del molo di sopraflutto (fig. 9) si verificano delle altezze mediamente di circa 0.1 m in corrispondenza della testata del molo di sottoflutto e di 0.2 m per quello di sopraflutto; lungo la parete esterna di questo molo l onda presenta altezze superiori, di circa 0.5 m. Internamente al bacino portuale l onda residua raggiunge un intensità massima di 0.15 m, che non compromette in nessun modo il comfort e l ormeggio delle imbarcazioni utenti. Le onde analizzate per la progettazione del molo di sottoflutto (fig. 10) presentano un altezza di circa 0.3 m in corrispondenza della testata del molo di sottoflutto, valore che si riduce a 0.1 m per il molo di sopraflutto. Internamente al bacino portuale si sono ottenuti valori massimi di agitazione pari a 0.2 m. Le condizioni di agitazione interna di sono in linea con quelle suggerite dalle Raccomandazioni per la progettazione dei porti turistici (Consiglio Superiore LL.PP.). Figura 9 - Risultati del modulo BW, onda proveniente dal IV Quadrante

11 Coste: Prevenire, Programmare, Pianificare 441 Figura 10 - Vista 3D del campo delle elevazioni di superficie con onda proveniente dal III Quadrante 8 - Conclusioni Scopo del lavoro è stato quello di studiare le condizioni meteomarine che si verificano nella zona Nord dell isola di San Nicola dell Arcipelago Isole Tremiti. La metodologia di studio ha messo in evidenza in primis le caratteristiche idrodinamiche del sito in condizioni attuali, di seguito sono state introdotte delle opere foranee per verificare l alterazione del regime delle correnti. In questo modo è stato possibile mettere a punto un layout che consentisse alle correnti di seguire i suoi path naturali senza eccessive alterazioni. Il modello numerico è stato verificato con i codici del DHI (MIKE21) utilizzando una metodologia iterativa per la valutazione delle condizioni al contorno. Inoltre sono state verificate le condizioni di moto ondoso all esterno dei moli per determinare le onde dimensionanti delle opere di difesa. È stato fatto lo studio della tranquillità interna portuale mediante il modulo Boussinesq wave del MIKE21 e si è verificato che le onde residue rientrano nei limiti suggeriti dalle raccomandazioni in letteratura (Consiglio Superiore LL.PP.) Tra le due configurazioni progettuali considerate si è ritenuta migliore quella relativa al layout 1 in quanto ha un minore impatto sul regime delle correnti, garantendo buone condizioni di agibilità portuale e una ottimale disposizione delle opere sia in termini di costi/benefici che in termini di inserimento paesaggistico.

12 442 Convegno di Maratea Bibliografia APAT - Agenzia per la protezione dell ambiente e per i servizi tecnici - Sito internet: DHI - Danish Hydraulic Institute - User guide and reference manual. Istituto Idrografico della Marina (2006) - Tavole di Marea. Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, Sezione Italiana della Associazione Internazionale Permanente dei Congressi di Navigazione (AIPCN) - Raccomandazioni per la progettazione dei porti turistici. U.S. Army Corps of Engineers (2002) - Coastal Engineering Manual.

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