INDICE. Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 1

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2 INDICE 1. PREMESSA CALCOLO DELLA PORTATA DI PIENA CALCOLO DELLA PORTATA DI PIENA ALL OPERA DI PRESA CALCOLO DELLA PORTATA DI PIENA SUL TORRENTE PESARINA VERIFICA IDRAULICA VERIFICA IN CONDIZIONI DI PIENA DELL ALVEO DEL RIO LIANA VERIFICA IN CONDIZIONI DI PIENA DELL ALVEO DEL RIO PICCOLAZ GAVETA DELLA BRIGLIA SUL RIO LIANA GAVETA DELLA BRIGLIA SUL RIO PICCOLAZ VERIFICA IN CONDIZIONI DI PIENA DELL ALVEO DEL TORRENTE PESARINA IN PROSSIMITA DELLA ZONA ARTIGIANA CHIAMPEAS...13 Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 1

3 1. PREMESSA La presente relazione intende dimensionare dal punto di vista idraulico le opere per la realizzazione della centrale idroelettrica che deriva le acque del rio Liana e del rio Piccolaz in comune di Prato Carnico. L impianto in progetto deriva le acque dei due corsi d acqua sopra menzionati attraverso due briglie di presa, le acque derivate sul rio Piccolaz vengono convogliate all opera di presa sul rio Liana attraverso una condotta forzata di diametro 300 mm successivamente queste acque si uniranno a quelle derivate sul rio Liana e inviate mediante una condotta forzata di diametro 450 mm all edificio centrale situato lungo la sponda destra del torrente Pesarina in località Chiampeas. 2. CALCOLO DELLA PORTATA DI PIENA 2.1.CALCOLO DELLA PORTATA DI PIENA ALL OPERA DI PRESA Il valore della portata di piena nella sezione di presa dell impianto è stato calcolato con il metodo cinematico o del ritardo di corrivazione. Considerate le sezioni di presa dell impianto, note le caratteristiche dei due bacini sottesi dalle sezioni stesse (sua estensione e lunghezza, sua forma, pendenze, natura dei terreni) e di quelle dell evento pluviometrico, è stato calcolato il ritardo o tempo di corrivazione τc, che è stato assunto come elemento caratteristico del bacino stesso. Pertanto al fine di definire l entità massima dei deflussi, calcolati facendo riferimento ad un periodo di ritorno T=100 anni, è stata utilizzata la curva di possibilità pluviometrica riferita alla stazione di Pesariis, che ha consentito di ricavare l altezza di pioggia precipitata in un periodo τc pari al tempo di corrivazione, così definito: 4 S + 1,5 L τ c = 0.8 ( H Z) dove S = Superficie del bacino sotteso, H = Altezza media del bacino, Z = Quota della sezione di chiusura, L = Lunghezza dell asta principale del torrente. Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 2

4 L espressione della curva di possibilità pluviometrica risulta: y = τ c (Tr=100 anni), In base ai dati di progetto, si sono ottenuti i seguenti risultati: BACINO S (Km 2 ) Z (m) H (m) L (km) τ c (ore) y (mm) T r =100 Rio Liana ,6 0,58 34,47 Rio Piccolaz 1, ,2 0,46 29,25 Il valore della portata Qmax corrispondente ad una altezza h è stato calcolato adottando la formula razionale proposta da Zoli che sembra essere la più adatta tra le numerose proposte in letteratura per bacini montani di piccole dimensioni: CSy Qmax = 3.6τ c ed essendo C = coeff. di deflusso, posto pari a 0.5, essendo risultato tale valore quello che in diverse esperienze della Regione ha fornito valori più prossimi alle portate rilevate in diversi corsi d acqua, Pt = altezza di pioggia critica (per un tempo di ritorno di 50 anni) in mm S = superficie planimetrica del bacino in km2 τc = tempo di corrivazione in ore si ottiene per il rio Liana: Q max,t=100 = 23,73 m3/s (Tr=100 anni) e per il rio Piccolaz: Q max,t=100 = 11,09 m3/s (Tr=100 anni) Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 3

5 2.2.CALCOLO DELLA PORTATA DI PIENA SUL TORRENTE PESARINA Anche per tale sezione di chiusura, analogamente a quanto appena visto, il tempo di corrivazione τc viene calcolato con la formula seguente: 4 S + 1,5 L τ c = 0.8 ( H Z) dove S = Superficie del bacino sotteso, H = Altezza media del bacino, Z = Quota della sezione di chiusura, L = Lunghezza dell asta principale del torrente. L espressione della curva di possibilità pluviometrica risulta: y = τ c (Tr=100 anni), In base ai dati di progetto, si sono ottenuti i seguenti risultati: BACINO S (Km 2 ) Z (m) H (m) L (km) τ c (ore) y (mm) T r =100 Torrente Pesarina ,4 3,05 89,28 Anche in questo caso il valore della portata Qmax corrispondente ad una altezza h è stato calcolato adottando la formula razionale proposta da Zoli: CSy Qmax = 3.6τ ed essendo c C = coeff. di deflusso, posto pari a 0.5 Pt = altezza di pioggia critica (per un tempo di ritorno di 50 anni) in mm S = superficie planimetrica del bacino in km2 τc = tempo di corrivazione in ore si ottiene per il Torrente Pesarina: Q max,t=100 = 346,00 m3/s (Tr=100 anni) Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 4

6 3. VERIFICA IDRAULICA La verifica idraulica dell alveo del rio Liana e del rio Piccolaz in corrispondenza della sez. di chiusura ove verranno realizzate le due opere di presa è stata effettuata con l ausilio del programma di calcolo HEC-RAS (Hydrologic-Engineering Center). Il software consente il calcolo del profilo del pelo libero dei corsi d acqua nel caso di moto stazionario (Steady flow) e non stazionario (Unsteady flow). Il modello di calcolo utilizzato dal software richiede l inserimento dei dati geometrici del torrente, dei valori di portata e la definizione delle condizioni al contorno per poter ottenere una fedele riproduzione del profilo idraulico che si instaura in determinate condizioni. L inserimento dei dati geometrici all interno del software inizia con la definizione del tracciato del corso d acqua mediante una rappresentazione di tipo bidimensionale che segue la direzione di scorrimento dell acqua. Il passo successivo prevede l inserimento delle coordinate (Station x ed Elevation y) dei punti significativi di ogni singola sezione, la definizione della distanza tra una sezione e quella immediatamente a valle (Downstream Reach Lengths), l inserimento dei punti che rappresentano i limiti dell alveo principale (Main Channel Bank Stations), i coefficienti di contrazione e di espansione (Cont\Exp Coefficients) utilizzati per valutare l ammontare della perdita di energia ed infine il coefficiente di scabrezza (o di Manning) il quale viene stimato sulla base delle caratteristiche geometriche, morfologiche e planimetriche del corso d acqua in esame. In questo caso trattandosi di un torrente di montagna possiamo assumere un valore pari a 0,04. Nella figura seguente riportiamo la rappresentazione schematica dei due rii con l indicazione delle sezioni attraverso le quali il programma ricostruisce le caratteristiche dl corso d acqua. L opera di presa sul rio Liana verrà collocata in corrispondenza della sezione n.11 mentre quella sul rio Piccolaz sorgerà in corrispondenza della sezione n.7. Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 5

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8 3.1.VERIFICA IN CONDIZIONI DI PIENA DELL ALVEO DEL RIO LIANA Per la verifica dell alveo abbiamo ipotizzando la condizione di moto stazionario e di corrente mista e definito le condizioni al contorno che nel caso in esame sono per il tratto di monte un valore noto dell altezza d acqua pari a 830,60 m.s.l.m.m. (Known Water Surface Elevations) e per quello di valle la pendenza del rio che è del 16% ( Normal Depth). Nella figura seguente riportiamo la sezione n.11 sul rio Liana che rappresenta l area dove dovrà sorgere l opera di presa denominata Liana. La linea blu rappresenta l altezza del pelo libero, in verde viene rappresentato il livello della linea dell energia mentre in rosso viene indicata l altezza critica. Dall analisi effettuata con il software di calcolo HEC RAS si ottengono i seguenti risultati: Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 7

9 3.2.VERIFICA IN CONDIZIONI DI PIENA DELL ALVEO DEL RIO PICCOLAZ Per la verifica dell alveo abbiamo ipotizzando ancora una volta la condizione di moto stazionario e di corrente mista e definito le condizioni al contorno che nel caso in esame sono per il tratto di monte un valore noto dell altezza d acqua pari a 844,50 m.s.l.m.m. (Known Water Surface Elevations) e per quello di valle la pendenza del rio che è del 30% ( Normal Depth). Nella figura seguente riportiamo la sezione n.7 del rio Piccolaz che rappresenta la zona dove sorgerà l opera di presa denominata Piccolaz. La linea blu rappresenta l altezza del pelo libero, in verde viene rappresentato il livello della linea dell energia mentre in rosso viene indicata l altezza critica. Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 8

10 risultati: Dall analisi effettuata con il software di calcolo HEC RAS si ottengono i seguenti 3.3.GAVETA DELLA BRIGLIA SUL RIO LIANA L opera di presa sul rio Liana sarà caratterizzata da una traversa posta in alveo la cui gaveta verrà rivestita in pietrame squadrato non gelivo. La gaveta della briglia dovrà avere una sezione tale da garantire il deflusso, in condizioni di sicurezza, della piena calcolata. Con l ausilio del programma HEC-Ras abbiamo inserito sul rio Liana la briglia in prossimità della sezione n.11 caratterizzata dalle seguenti dimensioni: Considerando le condizioni di moto stazionario e di corrente mista otteniamo il grafico seguente dove viene indicato il livello massimo raggiunto dalle acque del rio nelle condizioni di massima piena. Dal grafico seguente si evince che anche nelle condizioni peggiori possiamo garantire un franco di circa 0,61 metri. Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 9

11 b0 (m) Q (mc/s) Z ala laterale Z max piena Franco (m) (m.s.m.m.) (m.s.m.m.) Rio Liana 6 23,73 802,50 801,89 0,61 Dove: b0 = base minore della gaveta Q = Portata di massima piena (Tr=100 ani) Z ala laterale = Quota sulla sommità della briglia Z max piena = Quota massima raggiunta con la portata Q Franco = ( Z ala Z max piena) 3.4.GAVETA DELLA BRIGLIA SUL RIO PICCOLAZ Come nel caso precedente anche per l opera di presa sul rio Piccolaz è prevista la realizzazione di una traversa posta in alveo la cui gaveta verrà rivestita in pietrame squadrato Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 10

12 non gelivo. Con l ausilio del programma HEC-Ras abbiamo inserito sul rio Piccolaz la briglia in prossimità della sezione n.7 caratterizzata dalle seguenti dimensioni: Considerando le condizioni di moto stazionario e di corrente mista otteniamo il grafico seguente dove viene indicato il livello massimo raggiunto dalle acque del rio nelle condizioni di massima piena. Dal grafico seguente si evince che anche nelle condizioni peggiori possiamo garantire un franco di circa 0,66 metri. Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 11

13 b0 (m) Q (mc/s) Z ala laterale Z max piena Franco (m) (m.s.m.m.) (m.s.m.m.) Rio Piccolaz 5 11,09 807,00 806,34 0,66 Dove: b0 = base minore della gaveta Q = Portata di massima piena (Tr=100 ani) Z ala laterale = Quota sulla sommità della briglia Z max piena = Quota massima raggiunta con la portata Q Franco = ( Z ala Z max piena) Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 12

14 3.5.VERIFICA IN CONDIZIONI DI PIENA DELL ALVEO DEL TORRENTE PESARINA IN PROSSIMITA DELLA ZONA ARTIGIANA CHIAMPEAS Per la verifica dell alveo del Torrente Pesarina è stato considerato un tratto del corso d acqua di circa 240 metri compreso tra l abitato di Pradumbli e la zona artigianale denominata Chiampeas come indicato nella figura seguente. tra la sezione n.5 e la n.6 troviamo una briglia esistente e nei pressi di quest ultima verranno restituite le acque turbinate dall impianto idroelettrico in progetto. Se consideriamo il valore di massima piena calcolato per un periodo di ritorno di 100 anni pari a Q = 346,00 m3/s e ipotizziamo una condizione di moto stazionario e di corrente mista e definiamo le condizioni al contorno che nel caso in esame sono per il tratto di monte Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 13

15 un valore noto dell altezza d acqua pari a 630,00 m.s.l.m.m. (Known Water Surface Elevations) e per quello di valle la pendenza del torrente che è del 1,7% ( Normal Depth). Il canale di restituzione delle acque turbinate si collegherà con il Torrente Pesarina in prossimità della sezione n.5 a valle della briglia esistente. Se analizziamo la sezione n.5 possiamo osservare che nelle condizioni di massima piena il livello dell acqua sale fino ad una quota di 625,81 m.s.l.m.m. mentre le acque del canale usciranno ad una quota di 627,40 m.s.l.m.m. come indicato nella sezione 3-3 della tavola grafica T5 allegata al progetto. Dall analisi effettuata con il software di calcolo HEC RAS si ottengono i seguenti risultati per la sezione n.5: Tolmezzo, lì febbraio Il progettista Timeus ing Roberto Studio Tecnico di Ingegneria TIMEUS ing. Roberto pag. 14