Regione Autonoma Valle d'aosta. Cooperativa Elettrica Gignod [committente] Relazione idraulica. Michela Agnolin [ingegnere]

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1 Région Autonome Vallée d'aoste Regione Autonoma Valle d'aosta Comune di Gignod Cooperativa Elettrica Gignod [committente] Riattivazione totale della centrale idroelettrica "La Fabrique" D 1.2 Relazione idraulica Progetto definitivo Luglio 2016 Codice Progetto - ceg04 Variante n. data Revisione n. data Tecnici incaricati Marco Savoye [ingegnere] Michela Agnolin [ingegnere] Collaboratori Monique Vaudan [geometra] Marco Brunori [geometra] Matteo Lorenzetti [geometra] Julien Bellone [ingegnere] Michela Agnolin [ingegnere] Christian Cavorsin [architetto] Alessandro Gomiero [architetto] Federica Pozzi [dott. forestale] Marco Savoye [ingegnere] via Esperanto Aosta - tel fax pi info@atelierprojet.it

2 RELAZIONE IDRAULICA Oggetto: Comune: Località: Richiedenti: Riattivazione della centrale idroelettrica La Fabrique Gignod La Fabrique Cooperativa Elettrica Gignod (CEG) 1 PREMESSA Il presente intervento riguarda il rifacimento totale di una centrale idroelettrica nel Comune di Gignod, in località La Fabrique, con il fine di produrre energia. 2 CONDOTTA FORZATA 2.1 Dati La vasca di carico è posta a una quota di 1110,75 m s.l.m, mentre il pelo libero a valle della turbina a 1099,69 m s.l.m. ed esse distano in orizzontale di 200 m. La portata disponibile, calcolata nella relazione idrologica in fase di progettazione definitiva (tenendo conto delle derivazioni irrigue a monte), è la seguente: PORTATA DERIVABILE mesi (l/s) gen 444 feb 470 mar 723 apr 1402 mag 3000 giu 4235 lug 2800 ago 1342 set 936 ott 925 nov 588 dic 450 Pagina 1 di 17

3 Invece le portate derivabili, al netto del Deflusso Minimo Vitale di 446 l/s (calcolato dalla Struttura affari generali, demanio e risorse idriche con nota acquisita agli atti con prot. n in data 18/04/2016) risultano: PORTATA DERIVABILE mesi (l/s) gen 0 feb 24 mar 277 apr 956 mag 2554 giu 3789 lug 2354 ago 896 set 490 ott 479 nov 142 dic 4 Media 997 Considerando una portata massima derivabile pari a 2120 l/s e una minima derivabile di 142 l/s, si ottiene la portata che si intende derivare: PORTATA DERIVATA mesi (l/s) gen 0 feb 0 mar 277 apr 956 mag 2120 giu 2120 lug 2120 ago 896 set 490 ott 479 nov 142 dic 0 Media 800 Pagina 2 di 17

4 Si è scelto di utilizzare una condotta in acciaio con un diametro esterno D e =1016 mm, spessore s = 7,1 mm e scabrezza assoluta = 0,15 mm. 2.2 Calcolo perdite di carico distribuite Il legame tra la cadente e le grandezze da cui dipende può esprimersi attraverso la seguente relazione di derivazione sperimentale nota come formula di Darcy = / dove i = cadente piezometrica β= coefficiente di resistenza d = diametro interno della tubazione Q = portata Il coefficiente β si ricava dalla formula dove f = numero di resistenza g = accelerazione gravitazionale = 8 Il termine f contiene le diversità di comportamento legate ai diversi regimi di moto, alle caratteristiche del fluido e del contorno. In caso di ipotesi di moto turbolento di transizione e di moto puramente turbolento si utilizza la formula di Colebrook-White: 1 = 2 log 2,51 + 3,71 in cui = è il numero di Reynolds e ν è la viscosità cinematica che per l acqua a temperatura di 20 vale m 2 /s. La rappresentazione grafica completa del coefficiente di resistenza f in funzione del numero di Reynolds e della scabrezza relativa è stata data da L. F. Moody (1944) con l omonimo diagramma logaritmico. Pagina 3 di 17

5 Calcolati i valori di cadenza piezometrica, la perdita di carico distribuita D h è data semplicemente dal prodotto i L dove L è la lunghezza della condotta. Pertanto, a seconda delle portate derivate sono stati ottenuti i carichi h evidenziati nella tabella sottostante, calcolati sottraendo le perdite dal carico lordo di 1110, ,69 = 11,06 m. Q derivata Re f Dh h v [l/s] [m] [m] [m/s] GEN ,06 0 FEB ,06 0 MAR , ,02 11,04 0,3 APR , ,20 10,86 1,2 MAG , ,95 10,11 2,6 GIU , ,95 10,11 2,6 LUG , ,95 10,11 2,6 AGO , ,18 10,88 1,1 SET , ,06 11,00 0,6 OTT , ,05 11,01 0,6 NOV , ,01 11,05 0,2 DIC ,06 0 Q media , ,14 10,92 1,0 Q max , ,95 10,11 2,6 Q min ,06 0 Pagina 4 di 17

6 L ultima colonna in tabella riassume le velocità in condotta ( = 4 / ) che, come si può notare, risultano tutte accettabili. 2.3 Calcolo produttività della centralina La potenza P prodotta dalla turbina è stata calcolata con la formula: = 9,81 h essendo η il rendimento della turbina, posto pari al 85%. Infine la produttività della centralina è stata ottenuta moltiplicando P per il numero di ore di funzionamento mensile della turbina. mese giorni ore Q utile H netto η macchine P Prod [l/s] [m] [%] [kw] [kwh] gennaio , ,0 - febbraio , ,0 - marzo , , aprile , , maggio , , giugno , , luglio , , agosto , , settembre , , ottobre , , novembre , , dicembre , ,0 - Valore medio , ,3 Valore totale Pagina 5 di 17

7 Produttività centralina gennaio febbraio marzo aprile Prod [kwh] maggio giugno luglio agosto settembre ottobre novembre dicembre 3 CALCOLO DELLA PORTATA DI MASSIMA PIENA L analisi idrologica che segue è stata condotta per meglio comprendere la vulnerabilità dell opera in caso di piena con tempo di ritorno pari a 200 anni. Il valore della portata considerato nell analisi è quello indicato nel verbale di deliberazione del 6 maggio 2016 (198 mc/s) aumentato del 20% per tenere conto del trasporto solido e del 10% per maggiore cautela; è stata dunque adottata una portata di 261 mc/s. Pagina 6 di 17

8 4 DEFINIZIONE DEL PROFILO E DEI LIVELLI NELLO STATO DI MASSIMA PIENA Per la definizione del profilo e dei livelli nelle singole sezioni è stato impiegato il software Hec- Ras (River Analysis System) sviluppato dall Hydrologic Engeneering Center dell US Army Corps of Engineers. Il programma ha la capacità di determinare profili di correnti lineari in regime di corrente lenta, rapida e mista ed è applicabile anche ad alvei molto irregolari o in prossimità di singolarità geometriche, naturali e artificiali. Le principali caratteristiche della corrente (livello idrico e velocità media) sono state calcolate a partire da una sezione alla successiva, posta a monte o a valle a seconda che il regime sia, rispettivamente, subcritico o supercritico, risolvendo, con una procedura iterativa nota come standard step, l equazione che esprime il bilancio di energia della corrente tra le medesime sezioni, nota anche come equazione di Bernoulli: h m + z m α mv + 2g 2 m α vvv = hv + zv + 2g 2 + H dove, avendo indicato con il pedice m le grandezze che si riferiscono alla sezione di monte e con il pedice v quelle della sezione di valle: hm e hv sono le altezze idriche; zm e zv sono le quote del fondo alveo rispetto ad un riferimento prefissato; Vm e Vv sono le velocità medie; m e v sono i coefficienti di Coriolis; H è la perdita di carico tra le due sezioni. L equazione sopra riportata esprime il ben noto principio per cui la variazione dell energia specifica della corrente è pari alle perdite continue, dipendenti principalmente dall attrito tra fluido e contorno (e quindi dalla scabrezza delle pareti) ed alle perdite localizzate dovute all attrito tra fluido e fluido (che si verifica quando vengono a contatto due correnti a velocità diversa). Nel caso specifico il valore assunto per il coefficiente di scabrezza di Manning (n) varia tra 0,035 (tratti arginati a minore scabrezza)e 0,05 (tratti naturali). Si sono quindi introdotti nel programma i valori le coordinate x,y espresse in quote assolute delle sezioni topografiche rilevate in sito. Pagina 7 di 17

9 5 ANALISI SETTORE CENTRALE E RESTITUZIONE Relativamente al settore di centrale e di resituzione, si riportano la planimetria delle sezioni, i profili e i livelli raggiunti nelle singole sezioni; i calcoli del profilo, come di seguito riportato, si riferiscono allo stato di massima piena. Figura 5.1 Planimetria del tratto analizzato con indicate le sezioni di riferimento. Nelle immagini che seguono il pelo libero è indicato in blu e riguarda le condizioni di piena duecentennale. Le sezioni esaminate tengono già conto delle riprofilature del terreno legate ai lavori in progetto. Pagina 8 di 17

10 Figura 5.2 Profili livelli di piena duecentennale. Pagina 9 di 17

11 Figura 5.3 Sezione a monte livelli di piena duecentennale. Figura 5.4 Sezione subito a monte del ponte livelli di piena duecentennale. Pagina 10 di 17

12 Figura 5.5 Sezione subito a valle del ponte livelli di piena duecentennale. Figura 5.6 Sezione dopo il ponte livelli di piena duecentennale. Pagina 11 di 17

13 Figura 5.7 Sezione a monte della centrale livelli di piena duecentennale. Figura 5.8 Sezione scarico livelli di piena duecentennale. Pagina 12 di 17

14 Considerando il tratto esaminato nel suo complesso si può notare che in caso di piena duecentennale nella zona a monte del ponte il torrente esonda e sormonta la strada; si ritiene che, data la tipologia di interventi in progetto, il fenomeno si verificherebbe comunque anche in assenza dei nuovi manufatti. Invece a valle si può notare che le protezioni previste permetteranno di contenere il corso d acqua e proteggeranno così il locale centrale. 6 ANALISI SETTORE PRESA Relativamente al settore di presa, si riportano la planimetria delle sezioni, i profili e i livelli raggiunti nelle singole sezioni; i calcoli del profilo, come di seguito riportato, si riferiscono allo stato di massima piena. Figura 6.1 Planimetria del tratto analizzato con indicate le sezioni di riferimento. Nelle immagini che seguono il pelo libero è indicato in blu e riguarda le condizioni di piena duecentennale. Si fa presente che la traversa prevista in progetto è mobile, del tipo gonfiabile, e che quindi essa in caso di piena verrà completamente abbattuta; nella sezione della briglia (fig. 5.4) si è quindi solo tenuto conto della riprofilatura del terreno e della presenza della scala di risalita dei pesci. Pagina 13 di 17

15 Figura 6.2 Profili livelli di piena duecentennale. Pagina 14 di 17

16 Figura 6.3 Sezione a monte livelli di piena duecentennale. Figura 6.4 Sezione della briglia/presa livelli di piena duecentennale. Pagina 15 di 17

17 Figura 6.5 Sezione subito a valle della briglia livelli di piena duecentennale. Figura 6.6 Sezione di valle livelli di piena duecentennale. Pagina 16 di 17

18 Nella zona di presa l analisi mostra che l impatto delle opere è ridotto in quanto la briglia gonfiabile può essere abbatuta completamente e l unico ostacolo è rappresentato dalla scala di risalita dei pesci che occupa però solo una porzione limitata della sezione. Ing. Marco Savoye Pagina 17 di 17