ANALISI DELLE MISURE DI PORTATE CONDOTTE SUL FIUME PIAVE A PONTE DI PIAVE DURANTE L EVENTO DI PIENA DEL OTTOBRE 2018.

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1 ANALISI DELLE MISURE DI PORTATE CONDOTTE SUL FIUME PIAVE A PONTE DI PIAVE DURANTE L EVENTO DI PIENA DEL OTTOBRE 2018 Relazione 05/19

2 ARPAV Commissario straordinario Riccardo Guolo Direttore Tecnico Carlo Terrabujo Dipartimento Regionale per la Sicurezza del Territorio Alberto Luchetta Progetto e realizzazione Servizio Centro Servizi Idrogeologici Italo Saccardo Marco Zasso Aprile 2019

3 Indice 1 PREMESSA 1 2 MISURE DI PORTATA 1 3 CONCLUSIONI 8 BIBLIOGRAFIA 9

4 1 PREMESSA La presente nota si pone l obiettivo di analizzare i rilievi idrometrici condotti sul fiume Piave a Ponte di Piave durante l evento di piena di fine ottobre 2018, cercando di pervenire alla miglior stima possibile delle portate in transito. Nei giorni 29, 30 e 31 ottobre 2018 sono state eseguite quattro misure di portata presso la sezione strumentata di Ponte di Piave: due sono state condotte da personale ARPAV afferente al Servizio Centro Servizi Idrogeologici e due da una ditta esterna (Survey Pilot) su commissione delle Regione Veneto - Direzione Difesa del Suolo. Per l esecuzione dei rilievi sono state utilizzate diverse tecniche e strumentazioni. Alla luce delle condizioni idrauliche le operazioni di misura sono risultate spesso poco agevoli, sia sotto l aspetto della sicurezza, sia dal punto di vista tecnico. Nel seguito della nota saranno dettagliate le misure eseguite e le analisi condotte sui dati sperimentali raccolti, mettendo in luce le criticità e i limiti. 2 MISURE DI PORTATA Le misure correntometriche condotte sono essenzialmente riconducibili a due metodologie di monitoraggio che impiegano strumenti e tecniche diverse: - misure eseguite con profilatore acustico a effetto Doppler, che è stato impiegato dal personale ARPAV (misure del 29/10 H=7.13 m e 31/10 H=7.52 m) e per una delle due misure condotte dalla ditta esterna (31/10 H=6.31 m) (Figura 1). La sostanziale differenza tra i diversi rilievi risiede nel fatto che la strumentazione in uso al Servizio Idrogeologico è dotata di un ricevitore GPS funzionante in modalità differenziale che permette di definire la posizione e georiferire gli spostamenti dello strumento lungo la sezione d alveo indagata. Questo accorgimento tecnologico consente di eliminare le incertezze nella stima della batimetria e delle velocità in presenza di condizioni di fondo mobile. Per l esecuzione dei rilievi, ARPAV ha alloggiato il misuratore di velocità su un imbarcazione radiocomandata che ha consentito l esecuzione delle misure lungo una sezione trasversale posta circa 90 m a valle del ponte stradale. La misura commissionata dalla Regione Veneto è stata eseguita con un profilatore di velocità alloggiato su un trimarano trainato manualmente dal lato di valle del ponte stradale, dove la corrente risente del disturbo idraulico causato dalle pile. - misure eseguite rilevando solo la velocità superficiale o sub-superficiale. La misura condotta dalla ditta Survey Pilot con il livello idrometrico più elevato (30/10 H=10.79 m) è stata eseguita rilevando la velocità posta a 0.5 m dal pelo libero utilizzando un correntometro a elica, zavorrato con peso idrodinamico da 25 kg calato dal lato valle del ponte. Sono state simultaneamente acquisite le velocità in superficie con un sistema senza contatto basato su tecnologia radar-doppler. Analisi dei dati della stazione idrometrica sul torrente Astico in località Ponte Pilo (VI) ARPAV, 2019 Pagina 1

5 Per inquadrare temporalmente i rilievi eseguiti si riporta in Figura 1 l andamento del livello idrometrico registrato a Ponte di Piave con indicazione delle epoche e del livello idrometrico medio riferito alla misura H (m) / / / / / / / / / / /11 12 Figura 1. Inquadramento temporale delle misure di portata condotte durante l evento di ottobre L elaborazione delle misure eseguite con profilatore Doppler dotato di dispositivo GPS non ha evidenziato particolari criticità nella restituzione del dato di portata: i 4 transetti eseguiti per ogni rilievo, sono risultati coerenti tra di loro sia in termini di rilievo batimetrico (determinazione dell area liquida) sia di stima delle velocità. La misura eseguita con profilatore Doppler non dotato di GPS, ha mostrato alcuni limiti nel corretto rilievo della batimetria e delle velocità in particolare nelle porzioni a valle delle pile, dove si generano turbolenze elevate con formazioni di correnti vorticose che possono dare origine a fenomeni di erosione/deposito la cui dinamica è a sua volta legata al carico di sedimenti trasportato dalla corrente. I valori di portata determinati con l ausilio di misuratori di velocità a effetto Doppler, sono riassunti unitamente ad alcuni statistici in Tabella 1. Ora misura H idrometro (m) H palladiana (m) Data Q (m³/s) A (m²) B (m) V (m/s) σ (m³/s) CV (-) inizio fine inizio fine inizio fine 29/10/ /10/ /10/ Tabella 1. Quadro sinottico delle misure di portata condotte utilizzando profilatori Doppler Analisi dei dati della stazione idrometrica sul torrente Astico in località Ponte Pilo (VI) ARPAV, 2019 Pagina 2

6 29/10 ARPAV 31/10 ARPAV 31/10 SurveyPilot Figura 2.. Distribuzioni delle velocità discretizzate per celle di misura, per uno dei transetti relativi alle tre misure di portata di Tabella 1. La misura del 29/10 29/10 non ha permesso di indagare le aree golenali in sponda destra per p la presenza di vegetazione. Nella ella misura del 31/10 3 condotta ndotta da ARPAV è stata rilevata tutta la larghezza della sezione utile al deflusso. Per la misura del 31/10 /10 condotta dalla ditta Survey Pilot, si possono notare i disturbi prodotti dalle pile del ponte e le velocità molto basse rilevate rile a ridosso di quest ultime Nel seguito della nota si focalizza l attenzione sulla misura del 30/ Si tratta di una misura condotta rilevando solamente le velocità superficiali perficiali mediante mulinello a elica (Vsubsup.) a una distanza di 0.5 m dal pelo libero e mediante misuratore di velocità radar-doppler radar (Vsup.).. I rilievi sono stati eseguiti dal lato di valle del ponte. Il campione sperimentale disponibile disponibile è costituito da un numero ridotto di osservazioni puntuali che sono riassunte in Tabella 2. Questi rilievi semplificati sono posti in essere sulla base di esperienze enze condotte in altre ricerche [1, 2] che si sono proposte di derivare il valore della velocità media sulla verticale basandosi sulla proporzionalità tra questa e la velocità superficiale o sub-superficiale. sub uperficiale. Questo approccio già sperimentato positivamente p in altre esperienze [3, 4, 5] risulta di agevole applicazione, e permette, nota solamente la velocità puntuale Analisi dei dati della stazione idrometrica sul torrente Astico in località Ponte Pilo (VI) ARPAV, 2019 Pagina 3

7 misurata in superficie o a una distanza nota sotto il pelo libero per diverse verticali, di risalire alla velocità media su quest ultime, avendo, sulla scorta di altre osservazioni, calibrato il coefficiente di proporzionalità k che lega queste due grandezze. Rantz [1], propone per gli alvei naturali l utilizzo di un coefficiente di proporzionalità tra velocità superficiale e media compreso tra 0.85 e 0.86, come valore medio a livello di sezione, assai simile al range proposto dalla norma ISO 748 [6] che considera il coefficiente k compreso generalmente tra 0.84 e 0.90, il cui limite superiore si può utilizzare nel caso di alvei con fondo a ridotta scabrezza. Distanza prog. V sup. (m/s) V subsup. (0.5m) (m/s) n. da sponda Sx (m) Tabella 2. Riepilogo delle velocità rilevate il 31/10. Per cercare di stimare la costante di proporzionalità k tra velocità media e superficiale, non disponendo di misure correntometriche complete eseguite sulla medesima sezione di misura (valle ponte stradale), si sono presi a riferimento i rilievi condotti con profilatore Doppler da ARPAV circa 90 m a valle (misure del 29 e del 31 ottobre di Tabella 1). Sono stati estratti i dati di velocità relativi alla cella di misura più prossima al pelo libero che mediamente (in relazione alla frequenza impiegata dal profilatore a sua volta legata alla profondità rilevata) si posiziona ad un profondità relativa pari al 0.1 y (y = tirante). Le due misure sono state eseguite in condizioni idrauliche diverse e presentano differenze significative in termini assoluti di velocità misurata. Si apprezzano (Figura 3) velocità maggiori per la misura del 29/10 rispetto a quella del 31 ottobre. Nell area golenale posta in destra idrografica si nota un notevole decremento (misura del 31/10) delle velocità dovuto alla presenza di vegetazione arbustiva e arborea di altezza confrontabile con il tirante idrico raggiunto. Analisi dei dati della stazione idrometrica sul torrente Astico in località Ponte Pilo (VI) ARPAV, 2019 Pagina 4

8 3 2.5 Transetti del 31/10 Transetti del 29/10 2 V (m/s) Progressiva da sponda sinistra (m) Figura 3. Distribuzione delle velocità superficiali sulla sezione trasversale rilevate durante le due misure correntometriche condotte sul fiume Piave nei giorni 29 e 31 ottobre 2018 Noti i valori di velocità sub-superficiale, sulla base dei valori di velocità media sulla verticale rilevata dal profilatore (valore dato dalla risultante dei vettori ottenuti mediando lungo i profilo verticale le componenti x e y della velocità per ogni cella) è stato possibile dedurre il valore del parametro k. Al fine di ridurre gli effetti della variabilità locale della velocità superficiale (Figura 3), i valori misurati sono stati mediati per fasce di ampiezza pari a 5 m. In Figura 4 si mostra la distribuzione trasversale del parametro di proporzionalità k tra velocità media e superficiale. Vista la coerenza dimensionale del tratto d alveo tra il ponte e la sezione di misura posta a circa 90 m viene graficata, sempre in Figura 4, anche la sezione topografica rilevata nel 2010 dal lato di valle del ponte (le quote sono espresse rispetto allo zero idrometrico locale). Il parametro k manifesta valori più elevati nelle aree di alveo attivo dove si realizzano anche i tiranti maggiori, mentre l effetto di resistenza al moto dovuto alla elevata scabrezza indotta dalla vegetazione sommersa si traduce in un significativo abbassamento del rapporto Vm/Vs nelle aree golenali in sponda destra. Le linee tratteggiate orizzontali rappresentano i valori medi di k, relativi a tratti trasversali di alveo di larghezza corrispondente alle luci del ponte: i valori sono riportati in Tabella 3. Come visibile in Figura 4 e in Figura 5 e già riscontrato in altre ricerche [1, 3], in prossimità delle sponde il valore della costante di proporzionalità può avvicinarsi o superare l unità, in ragione delle correnti secondarie che tendono ad abbassare la posizione relativa del massimo di velocità. Analisi dei dati della stazione idrometrica sul torrente Astico in località Ponte Pilo (VI) ARPAV, 2019 Pagina 5

9 k(v med(i)/ V sup(i) ) coeff. k per misura 31/10 coeff. k per misura 29/10 k punti di misura Vsup Sezione trasversale valle ponte B larghezza da sponda sinistra (m) H (m s.z.i.) Figura 4. Distribuzione trasversale del coefficiente k per le misure condotte con profilatore ADCP. Sono inoltre riportati i punti di misura della velocità superficiale rispetto alla sezione trasversale a valle del ponte e i valori medi (linee tratteggiate orizzontali) del coefficiente k relativi a tratti di larghezza pari alle luci del ponte. Analoga rappresentazione grafica di Figura 4 viene riportata in Figura 5, con l andamento topografico della sezione trasversale comprensiva del rilevo del ponte coeff. k per misura 31/10 coeff. k per misura 29/10 k punti di misura Vsup Sezione trasversale ponte k(v med(i)/ V sup(i) ) H (m s.z.i.) B larghezza da sponda sinistra (m) -2 Figura 5. Distribuzione trasversale del coefficiente k per le misure condotte con profilatore ADCP. Sono inoltre riportati i punti di misura della velocità superficiale rispetto alla sezione trasversale del ponte e i valori medi (linee tratteggiate orizzontali) del coefficiente k relativi a tratti di larghezza pari alle luci del ponte. Analisi dei dati della stazione idrometrica sul torrente Astico in località Ponte Pilo (VI) ARPAV, 2019 Pagina 6

10 Sulla base delle considerazioni sopra descritte, utilizzando le velocità sub-superficiali di Tabella 2, si è pervenuto ad una stima della velocità media sulla verticale in corrispondenza dei punti di misura e con il metodo area velocità è stata successivamente calcolata la portata liquida. La stima è stata eseguita sia considerando l ingombro offerto dalle pile sia trascurandone la superficie in termini di area liquida utile al deflusso. In Tabella 3 sono riassunti i valori stimati di portata nelle due condizioni, che possono considerarsi come un plausibile campo di variazione della portata realmente defluita (valore medio pari a 2248 m³/s). Il condizionale è da porsi anche in ragione della ridotta numerosità del campione sperimentale acquisito nella porzione di sezione con velocità maggiori che quindi offre un contributo più elevato al deflusso in termini percentuali. Infatti, come si evince chiaramente dai grafici di Figura 4 e Figura 5 le misure di V subsup non risultano equidistanziate lungo la trasversale: la metà dei punti di misura si distribuisce su tre quarti della larghezza (mediamente un punto ogni 30 m nei primi 200 metri da sponda sinistra) l altra metà sul rimanente 25 %(in media un punto ogni 12 metri nei rimanenti 70 metri). Come coefficienti moltiplicativi della velocità superficiale si sono utilizzati i valori medi per tratti di larghezza pari all ampiezza delle luci del ponte. La scelta di un valore medio per l alveo attivo (k=0.93) e di un valore medio per le zone golenali (k=0.72) ha dato risultati che poco si discostano dai valori di Tabella 3. N. vert. Prog. (m) V subs (m/s) k A (m²) Q (m³/s) campata N. vert. Prog. (m) V subs (m/s) k A (m²) Q (m³/s) Totale Totale Tabella 3. Quadro sinottico dei valori di portata stimati per la misura di portata del 30/10, trascurando (sinistra) e considerando (destra) la presenza delle pile del ponte in alveo. Analisi dei dati della stazione idrometrica sul torrente Astico in località Ponte Pilo (VI) ARPAV, 2019 Pagina 7

11 3 CONCLUSIONI La presente nota ha cercato di raccogliere e analizzare le misure idrometriche raccolte a Ponte di Piave durante la piena del ottobre Le misure di portata eseguite con profilatore Doppler dal SCSI di ARPAV, sono da ritenersi attendibili per la valutazione del valore di portata in transito. Anche la misura correntometrica condotta dalla ditta SurveyPilot con ADCP, trascurando le incertezze dettate dalla mancanza del sistema GPS, (che può introdurre una sottostima non quantificabile), e della non ottimale sezione di misura (disturbo indotto dalle pile), può comunque considerarsi come rappresentava del deflusso in atto al momento di misura. L analisi svolta sul rilievo correntometrico del 30/10 ha messo in luce alcune criticità nel metodo semplificato di stima utilizzato e di rappresentatività trasversale del campione sperimentale disponibile, giungendo comunque alla definizione di un intervallo di portata il cui valore medio (2248 m³/s) può ad ogni buon conto essere considerato come la miglior valutazione della portata in transito. Analisi dei dati della stazione idrometrica sul torrente Astico in località Ponte Pilo (VI) ARPAV, 2019 Pagina 8

12 BIBLIOGRAFIA [1] S. E. Rantz, «Measurement and computation of streamflow: Vol. 1, Measurement of stage, and discharge,» U. S. Geological Survey Water-Supply Paper, [2] ENEL, Manuale per il monitoraggio idrografico, Direzione Studi e ricerche, [3] ARPAV, «Considerazioni sulla scala di deflusso del fiume Brenta a Barziza. Rel. 04/06,» Dipartimento Regionale per la Sicurezza del Territorio U.O. Rete Idrografica Regionale, Marghera - Venezia, [4] ARPAV, «Ricostruzione dei profili di velocità per la restituzione di misure correntometriche condotte in condizioni di piena. Rel. 01/10,» Dipartimento Regionale per la Sicurezza del Territorio. U.O. Rete Idrografica Regionale, Marghera-Venezia, [5] ARPAV, «Analisi delle velocità rilevate con profilatore acustico Doppler per la restituzione di misure di portata condotte in condizione di piena. N.T. 05/13,» Dipartimento Regionale per la Sicurezza del Territorio. Servizio idrologico, Marghera-Venezia, [6] ISO, «748 Hydrometry Measurement of liquid flow in open channel using current-meter or floats,» ISO, Ginevra, [7] ARPAV, «Livelli e portate medie giornaliere del fiume Piave a Ponte di Piave: periodo ,» Dipartimento Regionale per la Sicurezza del Territorio - Servizio Idrologico Regionale, Marghera - Venezia, Analisi dei dati della stazione idrometrica sul torrente Astico in località Ponte Pilo (VI) ARPAV, 2019 Pagina 9

13 Dipartimento Regionale per la Sicurezza del Territorio Servizio Centro Servizi Idrogeologici Via Tomea, Belluno Italy Tel Fax dst@arpa.veneto.it

14 ARPAV Agenzia Regionale per la Prevenzione e Protezione Ambientale del Veneto Direzione Generale Via Ospedale Civile, Padova Italy Tel Fax urp@arpa.veneto.it certificata: protocollo@pec.arpav.it