I N D I C E. 6 Analisi del rischio idraulico 22

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2 I N D I C E 1 Oggetto dello studio 3 2 Criteri per la predisposizione dell analisi di compatibilità 6 3 Descrizione dell impianto 8 4 Riferimenti al Piano stralcio per l Assetto Idrogeologico 11 5 Inquadramento idraulico generale dell asta fluviale del Lambro Settentrionale Assetto fisico e idrografico Aspetti idrologici Assetto morfologico e idraulico Quadro dei dissesti Livello di protezione esistente Linee di intervento sull asta del Lambro 20 6 Analisi del rischio idraulico Identificazione degli eventi di piena di riferimento Piena duecentennale Piena ventennale Simulazione degli eventi di piena Il software di simulazione Descrizione della geometria del terreno Definizione del dominio di calcolo e costruzione della mesh Taratura del modello idraulico e condizioni al contorno Simulazione della piena ventennale Simulazione della piena duecentennale 46

3 6.2.7 Conclusioni 49 7 Analisi della vulnerabilità dell impianto di trattamento Verifica di operatività per piena con tempo di ritorno T = 20 anni Stato di fatto Stato di progetto Interventi di mitigazione Verifica di protezione da danneggiamento per piene con tempo di ritorno compreso tra T = 20 anni e T = 200 anni Stato di fatto Stato di progetto Interventi di mitigazione Conclusioni 59 8 Piano di emergenza Analisi del rischio idraulico dell impianto di trattamento Pianificazione del segnale di preallarme Stima dei tempi di preallarme e dei tempi di attuazione del piano di emergenza Definizione delle priorità Piano di emergenza Manutenzione del piano di emergenza 66 9 Indicazioni per lo sviluppo delle fasi progettuali Conclusioni Appendice: il codice di calcolo BASEMENT 72

4 1 Oggetto dello studio Oggetto del presente studio è l accertamento della compatibilità dell assetto localizzativo dell impianto di depurazione in Comune di Melegnano, di proprietà della società TASM S.p.a. di Assago (MI), nei confronti del rischio idraulico. L impianto, che ha una potenzialità di trattamento di circa A.E, è situato infatti all interno dell incisione morfologica della valle del fiume Lambro Settentrionale (vedi Figura 1), e ricade nella fascia fluviale B così come definita nell ambito del Piano di Assetto Idrogeologico, redatto dall Autorità di Bacino del Fiume Po ed approvato con D.P.C.M. 24/05/2001. Figura 1- Inquadramento territoriale: ubicazione dell impianto di depurazione di Melegnano. 3/79

5 Inoltre, allo scopo di garantire il rispetto dei limiti di scarico imposti dalla normativa vigente sulle acque reflue, la società proprietaria ha previsto interventi di adeguamento funzionale del processo depurativo dell impianto, attraverso un sostanziale raddoppio della linea di processo e con un conseguente incremento della superficie occupata dalla struttura depurativa. A causa della collocazione del depuratore all interno della fascia B del fiume Lambro, la realizzazione di tali interventi è, come noto, subordinata a una verifica di compatibilità idraulica, da predisporre da parte del soggetto proponente e da sottoporre al parere di merito dell Autorità di Bacino, ai sensi delle Norme di Attuazione del PAI (art. 30, comma 3, punto b art. 38, commi 1 e 2 art. 38bis; art. 39, comma 5) e della Direttiva 1 Direttiva per la riduzione del rischio idraulico degli impianti di trattamento delle acque reflue e delle operazioni di smaltimento e recupero dei rifiuti ubicati nelle fasce fluviali A e B e nelle aree in dissesto idrogeologico Ee ed Eb dell Autorità di Bacino. In particolare, il capitolo n 3 della sopra richiamata direttiva impone: 1. che la localizzazione delle opere di interesse pubblico nelle fasce A e B, laddove consentita, sia subordinata alla verifica di compatibilità con il rischio idraulico esistente, con l obiettivo di verificare che le opere in questione non modifichino i fenomeni idraulici naturali che possono aver luogo all interno delle fasce fluviali, costituendo cioè significativo ostacolo al deflusso, e che non limitino in modo significativo la capacità di invaso del corpo d acqua; 2. che sia ( ) necessario integrare la verifica di compatibilità idraulica con l analisi degli effetti prodotti dalle piene sugli impianti stessi ; e che, sulla scorta degli effetti idraulici riscontrati, siano date prescrizioni e 4/79

6 raccomandazioni tecniche per la progettazione degli eventuali interventi di riduzione del rischio stesso, il rispetto di una soglia di rischio idraulico accettabile, la redazione di un piano di emergenza per gestire il rischio idraulico residuo. In base a quanto sopra, il presente studio si prefigge dunque i seguenti obiettivi: 1. verificare che gli interventi di adeguamento dell impianto in progetto non costituiscano ostacolo significativo al deflusso delle piene che potrebbero interessare la fascia B del corso d acqua Lambro Settentrionale; 2. verificare che la vulnerabilità dell impianto sia rispettosa della soglia imposta dalla Direttiva 1; 3. proporre interventi volti a garantire il rispetto di tale soglia; 4. redigere un piano di emergenza per la gestione del rischio idraulico residuo. 5/79

7 2 Criteri per la predisposizione dell analisi di compatibilità Le prescrizioni fornite dalla Direttiva 1 riguardano i requisiti minimi necessari a garantire condizioni accettabili di sicurezza sanitaria ad ambientale negli impianti di trattamento delle acque reflue, siti all interno delle fasce fluviali A e B. I suddetti requisiti sono espressi in termini di rischio idraulico accettabile in quanto, contenendo i danni attesi nel corso dell evento di piena di progetto, sarà possibile ridurre i tempi di avaria degli impianti di trattamento e di conseguenza ridurre gli impatti sull ambiente circostante. Considerata la potenzialità dell impianto in esame, si è fatto riferimento alle prescrizioni della Direttiva 1 valide per gli impianti di nuova costruzione con potenzialità superiore ai AE. Le portate di piena di progetto, rispetto alle quali devono essere garantiti i requisiti di rischio idraulico accettabile, sono dunque caratterizzate dai tempi di ritorno di seguito esposti: T 1 = 20 anni; T 2 non inferiore al tempo di ritorno assunto per la delimitazione della fascia B, che nel caso del fiume Lambro Settentrionale è pari a 200 anni; Per gli impianti di nuova costruzione con potenzialità superiore ai AE., il paragrafo della Direttiva fornisce inoltre i seguenti criteri per la predisposizione dell analisi di compatibilità: 6/79

8 1. durante eventi di piena con tempo di ritorno pari a T 1 deve essere garantita la completa operatività dell impianto; 2. durante eventi di piena con tempo di ritorno compreso tra T 1 e T 2 deve essere garantita la protezione dal danneggiamento delle strutture civili, degli impianti elettrici e delle attrezzature elettromeccaniche. La Direttiva 1 prescrive inoltre che i requisiti di rischio idraulico accettabile debbano essere verificati aumentando la quota idrometrica relativa alla piena di progetto di un franco non inferiore a 0.5 volte l altezza cinetica della corrente e comunque non inferiore a 1.00 m. Il paragrafo 4.4 prescrive poi che gli impianti con potenzialità superiore a AE posti in fascia A o B si dotino di un piano di emergenza per gli eventi di piena. 7/79

9 3 Descrizione dell impianto Nella configurazione attuale, l impianto si compone di una singola linea di trattamento acque e di una linea fanghi. La linea acque è costituita dai seguenti processi: 1. grigliatura; 2. dissabbiatura; 3. sedimentazione primaria; 4. reattore biologico a fanghi attivi; 5. sedimentazione secondaria; 6. filtrazione; 7. disinfezione. L impianto è dotato di una stazione di sollevamento per il pompaggio dei liquami provenienti da Vizzolo-Predabissi in testa all impianto. Il depuratore è dotato di un by-pass generale e di un by-pass intermedio, entrambi costituiti da un tubo ø800. L effluente trattato è scaricato nel Lambro tramite una canaletta in legno e pietrame ricavata nelle opere di difesa spondale dell impianto. La linea fanghi si compone di: 1. pre-ispessimento; 2. digestore anaerobico; 3. centrifuga per la disidratazione dei fanghi; 4. gasometro; 5. torcia. 8/79

10 L impianto è inoltre dotato di un edificio adibito a uffici, laboratorio, magazzini e servizi, un locale officina, un locale quadri elettrici e un gruppo antincendio. Il progetto di adeguamento dell impianto prevede l installazione di pacchi lamellari nel sedimentatore primario esistente, l inserimento di uno stadio di predenitrificazione e di uno stadio di ossidazione, con raddoppio della linea dei trattamenti secondari e terziari, e l installazione di un pre-ispessimento dinamico dei fanghi. Gli interventi saranno in gran parte localizzati nell area dell attuale impianto, sfruttando le strutture esistenti; per il raddoppio delle linee secondarie e terziarie, è prevista la realizzazione di un secondo sedimentatore secondario, di dimensioni analoghe a quello esistente, e di una seconda vasca per la filtrazione e la disinfezione. La Figura 2 mostra la planimetria dell impianto integrata con gli interventi di ampliamento in progetto. 9/79

11 Figura 2. Planimetria degli interventi in progetto. 10/79

12 4 Riferimenti al Piano stralcio per l Assetto Idrogeologico Il Piano Stralcio per l Assetto Idrogeologico (PAI) del bacino del fiume Po in campo urbanistico è stato predisposto ai sensi dell art. 17, comma 6 ter della L. 18 maggio 1989 n 183 e approvato con il DPCM 24 maggio All interno del PAI sono contenuti norme e vincoli specifici di natura idraulica e idrogeologica che, in alcune aree, limitano l uso del suolo a scopo urbanistico e, in altre demandano ai Comuni approfondimenti per verificare la compatibilità delle previsioni urbanistiche contenute nei piani regolatori con le condizioni di dissesto idraulico e idrogeologico delimitate nella cartografia del PAI stesso. All interno delle norme di attuazione del PAI sono definite le fasce fluviali, classificate come segue (art. 28): 1. Fascia A: Fascia di deflusso della piena omissis, costituita dalla porzione di alveo che è sede prevalente del deflusso della corrente per la piena di riferimento, come definita nell'allegato 3 "Metodo di delimitazione delle fasce fluviali" al Titolo II delle presenti Norme, ovvero che è costituita dall'insieme delle forme fluviali riattivabili durante gli stati di piena. 2. Fascia B: Fascia di esondazione omissis, esterna alla precedente, costituita dalla porzione di territorio interessata da inondazione al verificarsi della piena di riferimento come definita nell'allegato 3 al Titolo II sopra richiamato. Il limite di tale fascia si estende fino al punto in cui le quote naturali del terreno sono superiori ai livelli idrici corrispondenti alla piena di riferimento, ovvero sino alle opere idrauliche esistenti o programmate di 11/79

13 controllo delle inondazioni (argini o altre opere di contenimento). Il Piano indica con apposito segno grafico, denominato "limite di progetto tra la Fascia B e la Fascia C", le opere idrauliche programmate per la difesa del territorio. Allorché dette opere saranno realizzate, i confini della Fascia B si intenderanno definiti in conformità al tracciato dell'opera idraulica eseguita e la delibera del Comitato Istituzionale dell'autorità di bacino di presa d'atto del collaudo dell'opera varrà come variante automatica del presente Piano per il tracciato di cui si tratta. 3. Fascia C: Area di inondazione per piena catastrofica omissis, costituita dalla porzione di territorio esterna alla precedente (Fascia B), che può essere interessata da inondazione al verificarsi di eventi di piena più gravosi di quella di riferimento, come definita nell'allegato 3 al Titolo II sopra richiamato. Le Norme di Attuazione del PAI indicano i divieti, le attività consentite e gli obiettivi perseguiti dal Piano per ogni fascia fluviale. Nel dettaglio: l art. 30 c.3.b specifica che nella Fascia B sono consentiti gli interventi relativi a: gli impianti di trattamento d'acque reflue, qualora sia dimostrata l'impossibilità della loro localizzazione al di fuori delle fasce, nonché gli ampliamenti e messa in sicurezza di quelli esistenti; i relativi interventi sono soggetti a parere di compatibilità dell'autorità di bacino ai sensi e per gli effetti del successivo art. 38, espresso anche sulla base di quanto previsto all'art. 38 bis. ; l art. 39 c.4.a specifica che nel territorio della Fascia B sono esclusivamente consentite: opere di nuova edificazione, di 12/79

14 ampliamento e di ristrutturazione edilizia, comportanti anche aumento di superficie o volume, interessanti edifici per attività agricole e residenze rurali connesse alla conduzione aziendale, purché le superfici abitabili siano realizzate a quote compatibili con la piena di riferimento, previa rinuncia da parte del soggetto interessato al risarcimento in caso di danno o in presenza di copertura assicurativa. Nel caso in esame, come mostrato in Figura 3 (colore rosso: fascia B; colore azzurro: fascia A), la fascia B del fiume Lambro si estende ben oltre i confini dell impianto, raggiungendo i limiti del centro abitato di Melegnano a ovest, e della via Emilia a est. Figura 3 - Delimitazione fasce fluviali del PAI, con l ubicazione (cerchiata) dell impianto di depurazione di Melegnano. 13/79

15 5 Inquadramento idraulico generale dell asta fluviale del Lambro Settentrionale Un inquadramento dell area oggetto di studio è fornito dal documento del PAI Linee generali di assetto idrogeologico e quadro degli interventi Bacino del Lambro, i cui principali contenuti sono di seguito riportati. 5.1 Assetto fisico e idrografico Il bacino del Lambro ha una superficie complessiva di circa km 2 (pari al 3% della superficie complessiva del bacino del Po), di cui solo il 5% in ambito montano. Il bacino è caratterizzato da un reticolo idrografico complesso e articolato. I numerosi corsi d acqua naturali che gravitano a nord di Milano scorrono con direzione nord-sud e sono interconnessi tramite una fitta rete di canali artificiali, realizzati sia a fini irrigui sia per la protezione dei centri abitati dalle piene. Il principale corso d acqua è il Lambro settentrionale, che scorre a est di Milano. Le portate provenienti dal bacino di monte sono laminate dai laghi di Alserio e di Pusiano che, a causa della loro non trascurabile superficie (circa 8 km 2 ), esercitano una forte azione moderatrice sui fenomeni di piena. Le piene del Lambro a Lambrugo sono pertanto originate dai deflussi provenienti dal bacino della Bevera, di estensione pari a 43,2 km 2. Proseguendo verso valle, si riconoscono tre tratti caratterizzati dall ingresso di rilevanti apporti idrici: 14/79

16 nel primo tratto, compreso tra Peregallo e Sesto S. Giovanni, gli apporti provengono essenzialmente dai centri abitati di Monza e Sesto S. Giovanni; nel secondo tratto, compreso tra S. Donato Milanese e Melegnano, confluiscono gli apporti del settore orientale di Milano e i contributi del cavo Redefossi e della roggia Vettabbia; a Melegnano confluisce inoltre il canale Muzza; nel terzo tratto, a valle di S. Angelo Lodigiano, è localizzata la confluenza del Lambro meridionale (nome preso dall'olona dopo l attraversamento di Milano). 5.2 Aspetti idrologici Il regime pluviometrico del bacino del Lambro è classificabile come tipo sublitoraneo padano, e presenta due massimi e due minimi sostanzialmente equivalenti: i massimi primaverili e autunnali hanno valori medi mensili dell ordine dei 110 mm, mentre i minimi estivi e invernali sono nell ordine dei 60 mm. Il totale delle precipitazioni medie annue è di circa 1020 mm. L unica stazione di misura presente sul Lambro per la quale sia disponibile una serie storica significativa di portate di piena è la stazione di Lambrugo, in cui la massima portata storica, pari a circa 83 m 3 /s, è stata registrata nel corso dell evento del 14/06/ /79

17 Le principali alluvioni del Lambro sono quelle del maggio 1917 e del settembre 1937, in cui si verificarono gli allagamenti di Monza e della periferia di Milano, e quella del 1993, in cui gli allagamenti interessarono la sola periferia di Milano. 5.3 Assetto morfologico e idraulico L intero corso del Lambro, dall incile dei laghi di Alserio e di Pusiano alla confluenza in Po, presenta un andamento generalmente unicursale meandriforme. Localmente prevale un andamento sinuoso, alternato a tratti subrettilinei, come nel tratto tra i ponti stradali di Carate Brianza e di Monza e nel tratto tra i ponti stradali di Cologno Monzese e di S. Donato Milanese. L intensa urbanizzazione del territorio che caratterizza il tratto superiore dell asta, dai laghi di Alserio e Pusiano fino a valle di Milano, nasconde spesso le morfologie relitte del corso d acqua; i paleoalvei sono riconoscibili in corrispondenza del meandro di Carate Brianza e all altezza di Cologno Monzese. La minore urbanizzazione che caratterizza il tratto di valle del Lambro, fino alla confluenza in Po, permette di osservare una discreta presenza di paleoalvei che testimoniano un andamento pregresso del corso d acqua più sinuoso di quello attuale. Tra questi sono ben riconoscibili quello di Cascina Pagnana e quello a monte di S. Angelo Lodigiano, entrambi meandriformi e ancora connessi all ambiente fluviale. La presenza di isole stabili e barre attive è rilevabile dall incile dei laghi di Alserio e di Pusiano al ponte stradale di Carate Brianza, dal ponte stradale di S. Donato Milanese al ponte autostradale della A1, e nel tratto dal ponte stradale di Salerano sul Lambro al ponte stradale di S. Angelo Lodigiano. 16/79

18 A meno del tratto compreso tra il ponte stradale di Cologno Monzese e il ponte stradale di S. Donato Milanese, il corso d acqua è fiancheggiato da scarpate di erosione fluviale, che localmente separano diversi ordini di superfici terrazzate. Dal ponte stradale di S. Colombano al Lambro fino alla confluenza in Po il fiume scorre vincolato dalla presenza di strette arginature. L elevata artificializzazione dell alveo fino a Milano fa sì che, in generale, i fenomeni erosivi risultino sporadici e localizzati in corrispondenza dei meandri. Modesti processi erosivi, comunque scarsamente rilevanti data l assenza di infrastrutture o abitati nelle vicinanze del corso d acqua, si rilevano a valle di Milano e precisamente: sulla sponda sinistra all altezza di S. Donato Milanese in sinistra a monte e a valle di Melegnano a valle di S. Zenone al Lambro e a monte di Salerano a monte di S. Colombano al Lambro sulla sponda esterna del meandro all altezza di loc. Campagna in sponda sinistra, in corrispondenza del ponte stradale di Orio Litta in sponda destra, a valle del ponte stradale di Orio Litta Il profilo longitudinale risulta sostanzialmente stabile fino a S. Angelo Lodigiano; sostanzialmente stabili o poco significative risultano anche le variazioni medie della sezione incisa. Le variazioni planimetriche sono frequenti lungo gran parte del percorso. Per la maggior parte si tratta di limitate modificazioni della morfometria di alcuni meandri (raggio di curvatura, più raramente migrazione dell asse), che in genere determinano modeste variazioni della linea di thalweg: incrementi di lunghezza sono riscontrabili 17/79

19 all altezza di S. Donato Milanese, di S. Giuliano Milanese, presso Cerro e immediatamente a valle; una riduzione della lunghezza della linea di thalweg è rilevabile in corrispondenza del taglio del meandro presso Cascina Pagnana, accompagnata da una modesta accentuazione del meandro immediatamente a valle. Variazioni planimetriche significative si osservano nel tratto, attualmente rettificato, immediatamente a valle di Cologno Monzese, a fianco della tangenziale est di Milano. La modificazione planimetrica più rilevante riguarda l arretramento del nodo di confluenza in Po (400 m circa), in seguito all erosione della sponda esterna del meandro del Po. Qui si osserva anche il taglio del meandro presso C.na Cantarana, a valle di Orio Litta. 5.4 Quadro dei dissesti L instabilità morfologica dell assetto planimetrico e longitudinale dell alveo costituisce la principale causa del dissesto dell asta del Lambro. Per quanto riguarda i fenomeni di erosione di sponda, gli effetti risultano di modesta entità e si localizzano essenzialmente nel tratto inferiore, tra Linate e la confluenza in Po. L approfondimento del fondo alveo, dell ordine di circa 1,5-1,8 m, interessa diffusamente il tratto da S. Angelo Lodigiano alla confluenza in Po. Localizzati fenomeni erosivi hanno provocato lo scalzamento al piede delle fondazioni di alcune opere di difesa (come si riscontra per esempio per i muri arginali presenti nell attraversamento del tratto cittadino di Monza) e di alcuni ponti 18/79

20 (nuovo ponte stradale di S. Colombano al Lambro), in prossimità dei quali si assiste inoltre alla periodica formazione di depositi alluvionali. La maggiore evidenza dell instabilità morfologica si riscontra nel tratto terminale, dove si assiste all arretramento del nodo di confluenza in Po. 5.5 Livello di protezione esistente Nel tratto Merone-Villasanta il Lambro scorre tra alte scarpate in erosione, attraversando numerosi centri produttivi di tipo industriale (per lo più in disuso) localizzati immediatamente a ridosso delle sponde. Sono frequenti le opere di stabilizzazione del fondo alveo (soglie e briglie), mentre le opere di difesa spondale e di arginatura risultano più sporadiche, e concentrate in prossimità degli attraversamenti e delle aree urbanizzate. A livello locale si rilevano processi di erosione spondale in fase attiva. Lungo il tratto Villasanta-Linate si riscontrano diffuse opere di difesa spondale, arginature e opere di stabilizzazione del fondo alveo, costituite in prevalenza da briglie e traverse. Nel tratto cittadino di Monza il corso d acqua scorre in un alveo delimitato in maniera pressoché continua da muri arginali e fabbricati a filo di sponda. Nel tratto Linate-confluenza Po le opere di stabilizzazione del fondo alveo sono presenti a monte e verso la confluenza del Po. Le opere di difesa spondale e arginale sono sporadiche, e localizzate nelle vicinanze di attraversamenti ed edifici adiacenti al corso d acqua. Si riscontra un insufficiente grado di protezione dalle piene nella parte superiore del tratto: in caso di inondazione i danni potrebbero interessare la rete viaria e alcuni fabbricati. 19/79

21 Da Merone alla confluenza in Po, l intero corso del fiume è interessato dalla presenza di numerose infrastrutture di attraversamento stradale e ferroviario, in corrispondenza di gran parte delle quali si riscontra la riduzione della sezione disponibile per il deflusso delle piene. L ostacolo al deflusso è sovente riferibile al profilo ribassato dell intradosso dell impalcato, cui talvolta si sommano gli effetti prodotti dalla concomitante presenza del deposito alluvionale. 5.6 Linee di intervento sull asta del Lambro Nel tratto compreso tra Linate e confluenza Po (in cui l area di intervento è localizzata), le Linee generali di assetto idrogeologico e quadro degli interventi Bacino del Lambro individuano i seguenti interventi strutturali: 1. contenimento dei livelli di piena con tempo di ritorno di 200 anni tramite realizzazione di nuovi argini, ovvero adeguamento e completamento di quelli esistenti a protezione di fabbricati e infrastrutture nei pressi della periferia sud di Milano, di S. Donato Milanese e di Peschiera Borromeo: nel tratto d alveo compreso dal ponte Linate-Ponte Lambro al ponte di S. Donato Milanese; a valle del ponte di Melegnano, in destra; 2. incremento della capacità di deflusso dell alveo attivo tramite interventi di ricalibratura dell alveo da Linate a Melegnano; 3. realizzazione di opere di difesa spondale con funzione di contenimento dei fenomeni di divagazione trasversale dell alveo inciso a livello locale; 20/79

22 4. controllo della stabilità del profilo di fondo alveo tramite opere trasversali e verifica di funzionalità idraulica delle opere di derivazione presenti. 5. verifica delle condizioni di deflusso in corrispondenza dei nodi di confluenza con corsi d acqua minori. 21/79

23 6 Analisi del rischio idraulico Come già ricordato al paragrafo 1 del presente studio, la Direttiva per la riduzione del rischio idraulico degli impianti di trattamento delle acque reflue e delle operazioni di smaltimento e recupero dei rifiuti ubicati nelle fasce fluviali A e B e nelle aree in dissesto idrogeologico Ee ed Eb richiama la necessità di verificare che gli impianti di trattamento delle acque reflue ubicati nelle fasce A e B non modifichino i fenomeni idraulici naturali che possono aver luogo nelle fasce, costituendo significativo ostacolo al deflusso, e non limitino in modo significativo la capacità di invaso. A questo scopo, si è provveduto a verificare il rischio idraulico esistente nel tratto fluviale compreso tra la sezione LA48.1 dell Autorità di Bacino (circa 1,5 km a monte dell impianto) e il ponte della ferrovia Milano-Codogno (circa 600 m a valle), e a confrontarlo con il rischio idraulico nel medesimo tratto in seguito alla realizzazione delle opere in progetto (descritte al precedente paragrafo 3 del presente studio) e delle conseguenti opere di mitigazione indicate al paragrafo successivo. L analisi del rischio idraulico è stata svolta nei seguenti punti: 1 Identificazione degli eventi di piena di riferimento 2 Simulazione degli eventi di piena di riferimento mediante modellazione bidimensionale 3 Valutazione degli effetti prodotti dalle opere in progetto sul deflusso delle piene 22/79

24 6.1 Identificazione degli eventi di piena di riferimento Le piene di riferimento considerate per la presente analisi sono quelle prescritte dalla Direttiva 1 e indicati al paragrafo 2, ossia gli eventi con tempo di ritorno: T 1 = 20 anni, T 2 = 200 anni. Di seguito si riportano i criteri adottati per l identificazione delle portate di riferimento Piena duecentennale Come già ricordato al paragrafo 5.2 del presente studio, l unica stazione di misura presente sul Lambro per la quale sia disponibile una serie storica significativa di portate di piena è la stazione di Lambrugo, posta circa 60 km a monte dell impianto. Nella scelta degli idrogrammi di progetto non è stato dunque possibile basarsi su un analisi statistica di eventi storici estremi rappresentativi nel tratto fluviale di interesse. Per la definizione delle portate si è scelto quindi di fare riferimento alle analisi idrologiche e idrauliche contenute nello Studio di fattibilità della sistemazione idraulica dei corsi d acqua naturali e artificiali all interno dell ambito idrografico di pianura Lambro-Olona, redatto per l Autorità di Bacino del fiume Po nell ottobre 2004 dalla società Lotti & Associati, allo scopo di definire l assetto di progetto per i corsi d acqua compresi nel bacino del Lambro-Olona. Tali analisi hanno interessato i principali corsi d acqua nel bacino dei fiumi Lambro e Olona, e si sono avvalse di un modello idrologico-idraulico numerico quasi-bidimensionale implementato con il software MIKE11, del Danish Hydraulic Institute. Il modello è 23/79

25 stato utilizzato per simulare la trasformazione afflussi-deflussi delle piogge sul bacino e la propagazione dell onda di piena lungo il reticolo idrografico, utilizzando come dati di ingresso la geometria e i parametri idraulici (scabrezze e coefficienti di perdite di carico localizzate) dei corsi d acqua, i parametri di trasformazione afflussideflussi e gli ietogrammi delle piogge. Al fine di garantire un buon compromesso tra precisione e tempi di calcolo, lo studio di riferimento è stato condotto suddividendo il bacino del Lambro-Olona in sottobacini; schemi di trasformazione afflussi-deflussi differenziati sono stati utilizzati per le aree urbane e per quelle extra-urbane. Gli ietogrammi in ingresso al modello quasi-bidimensionale sono stati calcolati sulla base di un analisi idrologica dei dati di pioggia disponibili, che ha consentito di individuare le curve di possibilità pluviometrica rappresentative di ogni sottobacino. Come pioggia sintetica è stato utilizzato uno ietogramma Chicago (vedi Figura 4) di durata pari a 24 ore, con un parametro r di posizionamento del picco pari a 0,3. La scelta di utilizzare uno ietogramma di questo tipo è certamente cautelativa, in quanto le onde di piena risultanti dalla trasformazione afflussi-deflussi sono poco sensibili rispetto alla durata totale dell evento meteorico (un aumento della durata ha effetto solo sul prolungamento delle code iniziale e finale dello ietogramma, dove l intensità è minore); inoltre, rispettando la curva di possibilità pluviometrica per ogni durata parziale, lo ietogramma Chicago è caratterizzato da un tempo di ritorno maggiore di quello nominale, con conseguente sovrastima dell onda di piena. 24/79

26 Figura 4. Esempio di ietogramma Chicago (da "Studio di fattibilità della sistemazione idraulica dei corsi d'acqua naturali e artificiali all'interno dell'ambito idrografico di pianura Lambro- Olona"). Dalle analisi idrauliche sopra descritte, l idrogramma della piena con tempo di ritorno 200 anni alla progressiva ,5 (tra le sezioni LA48.1 e LA48 dell Autorità di Bacino) risulta essere quello riportato in Figura 5, con portata di picco pari a 417 m 3 /s. L idrogramma è riferito a un assetto di progetto del bacino, assetto che prevede tra l altro la realizzazione di una cassa di espansione a Molteno e di una cassa a Briosco, la realizzazione di un by-pass a Monza e la laminazione degli scarichi urbani. Nel complesso gli interventi, localizzati per lo più a nord di Milano, determinerebbero a Melegnano picchi di portata superiori rispetto alle condizioni attuali. 25/79

27 Q [mc/s] /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /11/ /12/ /12/ /12/ Figura 5. Idrogramma alla progressiva ,5 calcolato con modello quasi-bidimensionale (elaborazione di dati tratti dallo "Studio di fattibilità della sistemazione idraulica dei corsi d'acqua naturali e artificiali all'interno dell'ambito idrografico di pianura Lambro-Olona") Piena ventennale In assenza di stime affidabili della piena con tempo di ritorno 20 anni, la portata di piena ventennale è stata stimata utilizzando un modello di trasformazione afflussideflussi per il bacino sotteso dalla sezione LA48.1 dell Autorità di Bacino. Il modello è stato costruito con la procedura seguente: 1. generazione degli ietogrammi per la taratura e la validazione del modello; 2. scelta della tipologia di modello; 3. taratura e validazione del modello; 4. stima della portata ventennale. 26/79

28 Gli ietogrammi per la taratura e la validazione del modello sono stati generati sotto le seguenti ipotesi: curve di possibilità pluviometrica monomie h n ( θ ) = a( T ) θ (6.1) ietogramma Chicago con durata θ = 24h e picco a r = 3/10 della durata: rθ θ i( θ ) = na( T ) r θ rθ i( θ ) = na( T ) 1 r n 1 n 1 per per θ rθ θ > rθ (6.2) I parametri delle curve di possibilità pluviometrica, riportati in Tabella 1, sono stati desunti dall analisi idrologica contenuta nel già citato Studio di fattibilità della sistemazione idraulica dei corsi d acqua naturali e artificiali all interno dell ambito idrografico di pianura Lambro-Olona e fanno riferimento alla suddivisione in sottobacini ivi adottata. I valori in Tabella 1 evidenziati in grassetto sono stati stimati sulla base dei dati disponibili. In specifico, per gli eventi di piena con tempo di ritorno pari o superiore a duecento anni, lo studio di riferimento non riporta i parametri delle curve di possibilità pluviometrica per i sottobacini LAM1A, REZ, FOC, BIS, RAV, BOV, LAM1B, LAM 1C, LAM2, LAM3A e LAM3B (affluenti ai laghi di Pusiano e di Alserio), associando ad essi lo ietogramma misurato alla stazione di Caslino in occasione dell evento di fine novembre 2002; ai fini della presente analisi si è ipotizzato quindi che i sottobacini LAM1A, REZ, FOC, BIS, RAV, BOV, LAM1B e LAM 1C avessero la stessa curva di possibilità pluviometrica calcolata per la vicina stazione di Asso, mentre per i sottobacini LAM2, LAM3A e LAM3B è stata considerata la stessa curva del sottobacino LAM4. 27/79

29 Nome bacino LAM1A REZ FOC BIS RAV BOV LAM1B LAM1C LAM2 LAM3A LAM3B LAM4 LAM5 BEV1AB GAN PAS BEV1C Descrizione Superficie (km 2 ) Bacino di testa Lambrone Bacino torrente Rezzago Bacino torrente Foce Bacino torrente Bistonda Bacino torrente Ravella Bacino torrente Bova Bacino Lambrone Bacino Lambrone Bacino Lago di Pusiano Bacino Lago di Alserio Bacino comune di Erba Bacino alla sezione LA (comune di Merone) Bacino tra LA e LA Bacino Bevera di Molteno Bacino torrente Gandaloglio Bacino Fosso del Pascolo Bacino Bevera Molteno n a (T=10) (T=20) (T=200) (T=500) 70 (Caslino) 70 (Caslino) 70 (Caslino) 70 (Caslino) 70 (Caslino) 70 (Caslino) 70 (Caslino) 70 (Caslino) 95 (Caslino) 95 (Caslino) 95 (Caslino) 75 (Caslino) 75 (Caslino) 75 (Caslino) 75 (Caslino) 75 (Caslino) 75 (Caslino) 75 (Caslino) 75 (Caslino) 110 (Caslino) 110 (Caslino) 110 (Caslino) /79

30 Nome bacino LAM6 BEV2 LAM7 BEV3 LAM8 BRO CAN PEG LAM9 LAM10 MOL LAM11 LAM12 LAM13 LAM14A Descrizione Superficie (km 2 ) Bacino tra LA e LA Bacino Bevera Veduggio Bacino tra LA e LA 118 Bacino Bevera Renate Bacino tra LA 118 e LA Bacino torrente Brovada Bacino torrente Cantalupo Bacino torrente Pegorino Bacino tra LA e LA Bacino Alto Lambro AL8 (comuni di Macherio, Sovico, Biassono) Bacino roggia Molgorana Bacino Alto Lambro AL6 (comuni di Arcore, Villasanta) Bacino Alto Lambro AL5 (comune di Vedano al Lambro) Bacino Alto Lambro AL4 (comune di Villasanta) Bacino urbano di Monza n a (T=10) (T=20) (T=200) (T=500) /79

31 Nome bacino Descrizione Superficie (km 2 ) n a (T=10) (T=20) (T=200) (T=500) LAM14B Bacino urbano di Monza LAM14C Bacino urbano di Monza LAM14D Bacino urbano di Monza LAM15 Bacino Alto Lambro AL3 (comuni di Monza, Concorezzo) LAM16A Bacino Alto Lambro (comuni di Giussano, Verano, Carate, Albiate, Seregno) LAM16B Bacino Alto Lambro (comune di Nova Milanese) LAM16C Bacino Alto Lambro (comune di Nova Milanese) LAM16D Bacino Alto Lambro (comune di Lissone) LAM16E Bacino Alto Lambro (comune di Nova Milanese) LAM16F Bacino Alto Lambro (comune di Muggiò) LAM16G Bacino Alto Lambro (comune di Monza) LAM17 Bacino tra LA 84.1 e LA 83.1 LAM18 Bacino tra /79

32 Nome bacino Descrizione Superficie (km 2 ) n a (T=10) (T=20) (T=200) (T=500) LA 85.5 e LA 85.2 LAM19A Bacino comune di Milano LAM19B Bacino comune di Milano LAM19C Bacino comune di Milano LAM19D Bacino comune di Milano LAM20 Bacino CAP LAM21 Bacino tra LA e LA LAM22 Bacino Addetta LAM23 Bacino tra LA 50 e LA Tabella 1. Parametri delle curve monomie di possibilità pluviometrica per i sottobacini sottesi dalla sezione LA48.1, tratti dallo "Studio di fattibilità della sistemazione idraulica dei corsi d'acqua naturali e artificiali all'interno dell'ambito idrografico di pianura Lambro-Olona". In grassetto, i parametri stimati per il calcolo della piena ventennale. I parametri a(t) per l evento piovoso ventennale sono stati stimati per interpolazione su scala semilogaritmica dei parametri relativi alle piogge decennali e alle piogge duecentennali (vedi Figura 6). 31/79

33 a(tr) Tr LAM21 LAM22 LAM23 Figura 6. Esempio di stima dei parametri a(t=20 anni) per interpolazione su scala semilogaritmica. I parametri riportati nella Tabella 1 sono stati utilizzati per calcolare le piogge lorde sull intero bacino per i tempi di ritorno specificati, pesando l apporto di ogni singolo sottobacino sulla rispettiva area. Per quanto riguarda la scelta del modello di trasformazione afflussi-deflussi, si è optato per un modello a parametri concentrati, costituito da due serbatoi lineari in cascata. Tale scelta è stata dettata essenzialmente dalla laboriosità della costruzione di un modello idrologico-idraulico analogo a quello dello studio di riferimento, che avrebbe dovuto simulare il comportamento di un bacino di oltre 600 km 2 dalla notevole complessità, considerata anche la forte influenza della componente urbanizzata. 32/79

34 Per tenere conto dei fenomeni di laminazione e della pioggia persa ai fini del deflusso per insufficienze della rete di drenaggio è stato assunto che i due serbatoi abbiano volumi finiti e che, alla saturazione della capacità di invaso, la portata netta eventualmente entrante vada persa; si è ipotizzato inoltre che la pioggia in ingresso al serbatoio di monte non sia quella lorda calcolata con le equazioni , ma una pioggia netta calcolata con il metodo SCS-CN, sviluppato dallo USDA Natural Resources Conservation Service. Uno schema concettuale del modello è riportato in Figura 7. Figura 7. Schema del modello di trasformazione afflussi-deflussi utilizzato per la stima della piena ventennale. I parametri di taratura del modello ipotizzato sono: il coefficiente CN per il calcolo della pioggia netta, le altezze di massimo invaso dei due serbatoi h1max e h2max, le rispettive aree A1 e A2 e le costanti di efflusso k1 e k2. 33/79

35 Il modello è stato tarato sugli idrogrammi degli eventi con tempi di ritorno 10 e 500 anni, modificando i parametri di taratura in modo da generare gli stessi picchi di portata prodotti in prossimità della sezione 48.1 dal modello idrologico-idraulico impiegato nello studio di riferimento di cui al paragrafo precedente. Il modello è stato quindi validato sull idrogramma con tempo di ritorno 200 anni. CN 4 SERBATOIO 1 A1 [m 2 ] h1 max [m] 0.64 k1 [m 2 /s] SERBATOIO 2 A2 [m 2 ] h2 max [m] 3.63 k2 [m 2 /s] Tabella 2. Parametri del modello di trasformazione afflussi deflussi. Il fatto che dalla procedura di taratura risulti un valore del parametro CN teoricamente ammissibile, ma non associabile ad alcun tipo di copertura riscontrato in letteratura (vedi Tabella 2), induce a ritenere che al di là dell analogia con i modelli idrologici, il modello ottenuto funzioni come un modello black-box. Nonostante questa limitazione, e nonostante le difficoltà nel replicare i volumi complessivi delle onde di piena ottenute con le simulazioni numeriche (anche in ragione delle ipotesi adottate, fortemente semplificative), il modello si è dimostrato 34/79

36 capace di stimare con ottima approssimazione i valori dei picchi, sia sui dati di taratura, sia su quelli di validazione (vedi Tabella 3). Taratura Validazione T = 10 anni T = 500 anni T = 200 anni Modello numerico quasi bidimensionale [m 3 /s] Modello a parametri concentrati [m 3 /s] Tabella 3. Confronto fra portate di picco calcolate con il modello numerico quasi bidimensionale alla progressiva e modello di trasformazione afflussi-deflussi a parametri concentrati. Applicando al modello validato lo ietogramma della pioggia con tempo di ritorno 20 anni, è stato ottenuto un valore di picco per la piena ventennale pari a 277 m 3 /s (arrotondato a 280 m 3 /s). Contrariamente alla portata di piena duecentennale, stimata per una configurazione di progetto del bacino, la portata ventennale è stata stimata nell assetto di bacino attuale, in quanto non disponibili dati sufficienti per tarare e validare un modello di trasformazione afflussi-deflussi per le condizioni di progetto. Per tener conto della maggior portata in arrivo nell ipotesi di assetto di progetto del bacino, assunta a base del presente studio in quanto a favore di sicurezza, la portata ventennale stimata è stata incrementata di una percentuale pari al 16,6%, desunta dal confronto tra i picchi di piena duecentennale nello stato di fatto e nelle condizioni di 35/79

37 progetto calcolati nello studio di riferimento, ottenendo infine una portata di piena ventennale pari a 326 m 3 /s. 36/79

38 6.2 Simulazione degli eventi di piena La propagazione delle piene di riferimento è stata analizzata utilizzando un modello numerico bidimensionale. Di seguito si riportano i procedimenti seguiti per le simulazioni effettuate Il software di simulazione Per le simulazioni idrauliche è stato utilizzato il software BASEMENT Basic Simulation for Computation of Environmental Flow and Natural Hazard Simulation, sviluppato presso il Laboratorio di Idraulica, Idrologia e Glaciologia (VAW) dell Istituto Federale Svizzero di Tecnologia di Zurigo (ETH). Il programma permette di realizzare simulazioni numeriche monodimensionali e bidimensionali di corsi d acqua alpini, e di modellarne il trasporto di materiale solido. I punti forti di BASEMENT sono la stabilità del modello numerico, la flessibilità della griglia computazionale, e l efficienza del metodo di calcolo; accuratezza, stabilità e consistenza rendono il codice affidabile per le applicazioni pratiche. Il software è strutturato in tre sottosistemi: BASEchain: modulo numerico per simulazioni monodimensionali di tronchi fluviali; BASEplane: modulo per la simulazione bidimensionale di alvei fluviali e aree golenali; BASEspace: modulo per simulazioni tridimensionali di campi di flusso locali. 37/79

39 Per il presente studio si è optato per una modellazione bidimensionale, utilizzando il codice BASEplane. BASEplane è un programma che risolve le equazioni SWE (Shallow Water Equations) di De Saint Venant per le acque poco profonde in un dominio bidimensionale. La risoluzione delle equazioni alle derivate parziali avviene per via numerica, con un approccio ai volumi finiti. Ciò significa che le equazioni sono integrate su singoli elementi di volume, definiti dai nodi di una griglia di calcolo. Lo schema risolutivo risulta particolarmente adatto alla costruzione di modelli per l idraulica fluviale, in quanto la conservatività del metodo numerico garantisce, anche in presenza di fenomeni discontinui di transizione come la propagazione delle piene, che in caso di convergenza a una soluzione questa sia la soluzione delle equazioni differenziali di partenza. Per ulteriori approfondimenti su BASEMENT e BASEplane, si rimanda all appendice della presente relazione e al manuale del software disponibile su Web Descrizione della geometria del terreno Il dominio di calcolo del modello numerico utilizzato per il presente studio copre l area fluviale all interno della fascia B del PAI tra la sezione LA48.1 dell Autorità di Bacino a monte, e il ponte della linea ferroviaria Milano-Codogno a valle. Per la rappresentazione della geometria del terreno e dell alveo in BASEMENT, è stato utilizzato un modello digitale del terreno (DTM) ricostruito sulla base di un rilievo topografico appositamente predisposto. 38/79

40 Il rilievo è stato integrato con cinque sezioni dell Autorità di Bacino disponibili per il tratto di interesse; le medesime sezioni, interpolate linearmente, sono state utilizzate per ricostruire la batimetria dell alveo inciso (vedi Tabella 4). La geometria dell impianto oggetto di studio è stata desunta da rilievo topografico. La Tavola 1 allegata al presente studio riporta il DTM utilizzato per le simulazioni. Sezione Progressiva alveo [km] Vertice SX (UTM32-ED50) Vertice DX (UTM32-ED50) E [m] N [m] E [m] N [m] LA , , , ,71 LA , , , ,04 LA , , , ,27 LA , , , ,65 LA , , , ,41 Tabella 4. Sezioni utilizzate per la ricostruzione della geometria dell alveo inciso nel modello bidimensionale Definizione del dominio di calcolo e costruzione della mesh Nel metodo ai volumi finiti, utilizzato da BASEMENT per risolvere le equazioni del moto, il dominio di calcolo è suddiviso in elementi, la cui forma e le cui dimensioni possono essere variate per adattarsi alla morfologia del terreno o al grado di dettaglio della soluzione che si vuole ottenere: le zone caratterizzate da un orografia 39/79

41 maggiormente variabile e complessa, così come le zone in cui è necessario ottenere una maggior risoluzione spaziale dei valori di altezza e velocità dell acqua, sono schematizzabili con elementi di minori dimensioni, mentre le zone con pendenze relativamente costanti o distanti dalla zona d'interesse sono modellate con elementi di dimensioni maggiori. Ciò consente di ottenere un ragionevole compromesso tra precisione dei risultati e contenimento dei tempi di calcolo. La mesh di calcolo del modello (vedi Figura 8 e Tavola 2) è stata costruita facendo ricorso al software SMS 10.1 (Surfacewater Modelling System), sviluppato dalla Brigham Young University. Come già detto al paragrafo precedente, il dominio di calcolo del modello numerico copre l area fluviale all interno della fascia B del PAI, tra la sezione LA48.1 dell Autorità di Bacino a monte, e il ponte della linea ferroviaria Milano-Codogno a valle. Le strutture in elevazione e le vasche dell impianto, così come gli edifici compresi nel dominio di simulazione, sono stati schematizzati come aree a deflusso nullo. Il muro frangionde a difesa del biologico e del sedimentatore secondario è stato modellato come una soglia ad altezza costante nel tempo, con quota di sfioro desunta da rilievo topografico (vedi Figura 9). 40/79

42 Figura 8. Mesh di calcolo del modello bidimensionale. 41/79

43 Figura 9. Particolare della mesh di calcolo in corrispondenza dell impianto. In rosso: muro frangionde a quota m s.l.m.; in verde: muro frangionde a quota m s.l.m Taratura del modello idraulico e condizioni al contorno In assenza di misure di livello o di portata per il tratto fluviale di interesse, non è stato possibile eseguire una taratura del modello idraulico bidimensionale. Come coefficiente di scabrezza per l alveo è stato assunto un valore k S di Strickler pari a 30 m 1/3 / s, desunto dallo Studio di fattibilità della sistemazione idraulica dei corsi d acqua naturali e artificiali all interno dell ambito idrografico di pianura Lambro-Olona già citato in precedenza. In base alla tipologia di copertura del suolo prevalente nel sito (prati e campi coltivati), per le aree golenali è stato assunto un k S di 20 m 1/3 /s desunto da letteratura (vedi Ven Te Chow, Open-channel Hydraulics ); tale valore è da considerarsi a favore di sicurezza, in quanto riferito alla condizione 42/79

44 di massimo sviluppo delle colture e della vegetazione, cui corrisponde la massima scabrezza possibile. Come condizione al contorno nella sezione di chiusura del modello (in corrispondenza del ponte della ferrovia Milano-Codogno) è stata posta una scala di deflusso ricostruita sulla base delle simulazioni dello studio di fattibilità sopra citato (vedi Figura 10) Q [mc/s] h [m s.l.m.] Figura 10. Scala di deflusso ricostruita in corrispondenza del ponte della ferrovia Milano- Codogno. 43/79

45 Figura 11. Scabrezze dell'alveo di piena. In rosso: aree golenali (k S = 20 m -1/3 /s); in verde: alveo di magra (k S = 30 m -1/3 /s). 44/79

46 6.2.5 Simulazione della piena ventennale La forma dell idrogramma di piena in ingresso al modello è stata determinata sulla base delle analisi idrauliche contenute nello studio della società Lotti. L onda di piena ventennale è stata dunque ottenuta scalando l idrogramma della piena decennale generato tra le sezioni LA48.1 e LA48 dal modello quasi-bidimensionale utilizzato nello studio di riferimento, in modo da eguagliare il valore di picco di 326 m 3 /s stimato al paragrafo Poiché all avvio della simulazione l alveo del fiume è in condizione di asciutta completa, l applicazione dell onda di piena è stata preceduta da un transitorio della durata di 4 ore, necessario per garantire il completo riempimento del tronco fluviale. La durata della simulazione (41 h) è stata selezionata in modo da consentire il transito del colmo di piena lungo tutto il tratto simulato. Come condizione al contorno di valle è stata posta la scala di deflusso in Figura 10 (vedi paragrafo 6.2.4). In Figura 12 si riporta la forma dell idrogramma in ingresso alla sezione di monte del modello. 45/79

47 Q (mc/s) t (s) Figura 12. Simulazione della piena ventennale: idrogramma in ingresso al modello. I risultati della simulazione, discussi in seguito, sono riportato nelle planimetrie e nelle sezioni allegate al presente studio (Tavole 3.1, 3.2 e 3.3) Simulazione della piena duecentennale Per la simulazione della piena duecentennale, il modello bimensionale è stato alimentato con l idrogramma della piena bicentenaria generato dal modello di cui al paragrafo tra le sezioni LA48.1 e LA48 dell Autorità di Bacino. Poiché all avvio della simulazione l alveo del fiume è in condizione di asciutta completa, l applicazione dell onda di piena è stata preceduta da un transitorio della durata di 4 ore, necessario per garantire il completo riempimento del tronco fluviale. La durata della simulazione (41 h) è stata selezionata in modo da consentire il transito del colmo di piena lungo tutto il tratto simulato. 46/79