DIPARTIMENTO REGIONALE PER LA SICUREZZA DEL TERRITORIO SVILUPPO DI UN MODELLO IDRAULICO MONODIMENSIONALE APPLICATO AL FIUME MONTICANO A FONTANELLE

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1 DIPARTIMENTO REGIONALE PER LA SICUREZZA DEL TERRITORIO MONTICANO A

2 ARPAV Dipartimento Regionale per la Sicurezza del Territorio Alberto Luchetta Giacomo Renzo Scussel Progetto e realizzazione Italo Saccardo Emanuele Preciso (autore) Dipartimento Regionale per la Sicurezza del Territorio Via del Candel, Belluno Italy Tel Fax dst@arpa.veneto.it Luglio 2010

3 Pagina 1 di 9 INDICE 1. Introduzione Area di studio Dati disponibili Implementazione modello idraulico Hec-Ras Risultati delle modellazioni con Hec-Ras...5

4 Pagina 2 di 9 1. Introduzione Nell ambito dell attività di monitoraggio dei corsi d acqua che ARPAV SIR compie in modo sistematico, la definizione delle scale di portata riveste un ruolo determinante. Definire una scala di portata per una determinata sezione fluviale è un operazione in ogni caso complessa e con margini di incertezza che, in determinate situazioni (sezioni con fondo mobile, presenza di affluenti che innescano fenomeni di rigurgito, ecc.) possono risultare molto ampi. Per il calcolo e la definizione delle scale di portata si può ricorrere all ausilio di adeguati modelli idraulici si supporto al necessario confronto con i dati di livello-portata misurati in campagna in differenti situazioni idrometriche. I risultati della modellazione possono essere utilizzati in particolare sia per verificare eventuali incongruenze con le misure effettuate sia soprattutto per contenere entro un margine accettabile le valutazioni per livelli e portate di piena. 2. Area di studio Il tratto del fiume Monticano oggetto della modellazione idraulica è quello che scorre vicino agli abitati di Fontanelle ed Albina (in altre CTR i due nuclei urbani sono identificati come Fontanelle Chiesa e Fontanelle), in altre parole il tratto modellato è quello compreso tra il ponte ove è installato l idrometro ARPAV (via Ongaresca nella CTR in scala 1:5000) ed il ponte lungo la SP 89 (Ponte della Vittoria) (Figura 1). Figura 1 - Tratto del Monticano oggetto della modellazione idraulica: 1) ponte con l'idrometro; 2) Ponte della Vittoria.

5 Pagina 3 di 9 3. Dati disponibili Le misure di portata vengono effettuate periodicamente dal ponte in cui è installato l idrometro sia mediante molinello montato su pesce zavorrato ed argano, sia mediante ADCP. I dati di livello e portata disponibili (circa 30 misure a partire dal 2005) sono riportati in Tabella 1 e Figura 2. Gli eventi sono piuttosto rapidi e quindi risulta difficile poter rilevare adeguatamente eventi di piena. Nella relazione ARPAV-DST n 01/10 Ricostruzione dei profili di velocità per la restituzione di misure correntometri che condotte in condizioni di piena si è stimato il valore di un paio di misure di portata in piena sulla base solo di alcuni punti di velocità rilevati. Tabella 1 Misure di portata effettuate sul Monticano alla sezione di Fontanelle dal 2005 ad oggi. Data H rif Q [m] [m 3 /s] 17/05/ /10/ /11/ /12/ /03/ /04/ /04/ /07/ /08/ /10/ /12/ /01/ /03/ /05/ /08/ /09/ /11/ /02/ /05/ /05/ /08/ /10/ /01/ /01/ /03/ /04/ /09/ /10/ /11/ /12/ /12/ /02/ /04/

6 Pagina 4 di 9 Figura 2 Misure di portata effettuate sul fiume Monticano alla sezione di Fontanelle (TV). Le frecce rosse indicano le misure di portata effettuate il 29/04/2009 ed il 23/12/2009 che sono state ricalcolate utilizzando l approccio entropico-probabilistico. 4. Implementazione modello idraulico Hec-Ras Lo sviluppo di un modello idraulico per il Monticano a Fontanelle ha preso avvio analizzando il materiale informativo disponibile, e necessariamente sono state inizialmente prese in considerazione le sezioni trasversali nel tratto oggetto di studio. Tutte le sezioni disponibili derivano da estrazione da CTR e non da rilievo diretto, il che nel caso del Monticano non costituisce un elemento condizionante la modellazione, dato che il tratto in esame è costituito da un canale a sezione prismatica regolare, e di conseguenza la rappresentazione della geometria stessa del canale si semplifica notevolmente. La contemporanea disponibilità di un modello digitale delle quote di dettaglio (DTM a 5 m) e di rilievi plano-altimetrici in formato DWG georiferiti ha permesso di utilizzare il tool di preprocessamento dati che lavora in ambiente ArcMap (Hec-GeoRas) per la definizione, estrazione e successiva esportazione ad Hec-Ras dell andamento planimetrico del corso d acqua, del profilo longitudinale, e delle sezioni trasversali necessarie per la modellazione idraulica. In particolare si è proceduto all estrazione da DTM 5x5 m della sezione trasversale in corrispondenza del ponte con l idrometro, per la quale si hanno a disposizione le misure di portata ed i relativi valori di velocità, profondità massima e media, larghezza superficiale, ecc. In aggiunta all andamento plano-altimetrico del Monticano in corrispondenza dell idrometro, per completezza dell informazione, si è provveduto a digitalizzare anche il tratto del Rio Cervadelle immediatamente a monte della confluenza con il Monticano, ed il tratto di Monticano compreso tra la confluenza con il Rio Cervadelle stesso ed il Ponte della Vittoria. In definitiva, il modello idraulico del Monticano nel tratto di studio si compone di tre tratti tra loro collegati che sono: Monticano a monte della confluenza (tratto nel quale troviamo la sezione di misura), Rio Cervadelle e Monticano a valle della confluenza.

7 Pagina 5 di 9 L insieme delle operazioni di digitalizzazione ed estrazione di sezioni da DTM ha permesso di creare un file di esportazione completo di tutte le informazioni geometriche (forma delle sezioni, larghezza, posizione nello spazio, distanza, ecc.) necessarie al funzionamento del modello idraulico Hec-Ras. In Hec-Ras, successivamente, si è proceduto a correggere manualmente la geometria delle sezioni, individuando visivamente i punti che definiscono l alveo principale, ed attribuendo ad ogni sezione un coefficiente di scabrezza di prima approssimazione. Il coefficiente di scabrezza, nel corso delle diverse modellazioni, è stato a sua volta calibrato e modificato al fine di rendere i risultati delle simulazioni stesse comparabili con i valori di portata, velocità e tirante effettivamente misurati in campo. I risultati delle simulazioni sono discussi nel paragrafo che segue. 5. Risultati delle modellazioni con Hec-Ras Il modello idraulico del Monticano è stato calibrato utilizzando alcuni dei valori di portata e profondità media della sezione misurati in corrispondenza dell idrometro. La calibrazione del modello ha riguardato, come riportato in precedenza, solamente il coefficiente di scabrezza delle sezioni trasversali nel tratto definito Monticano_monte_Cervadelle, dato che in questa prima analisi si è preferito analizzare nel dettaglio l andamento ed il profilo della corrente nel tratto dove è installato l idrometro. Data la necessità di definire l andamento della scala di deflusso per tiranti elevati sono stati utilizzati tutti i valori di portata misurata con tiranti superiori ad 1 m, che sono rispettivamente il valore di portata di m 3 /s (corrispondente ad un altezza idrometrica di riferimento di m), il valore 33.4 m 3 /s (altezza idrometrica di riferimento 1.07 m), il valore 53.2 m 3 /s (altezza idrometrica di riferimento 1.65), il valore di 55.7 m 3 /s (altezza idrometrica di riferimento 1.91 m), ed il valore di portata di 69 m 3 /s (altezza idrometrica di riferimento di m). Si noti che questi ultimi due valori di portata sono stati stimati applicando all effettivo valore misurato in campagna (misure effettuate con mulinello in sospensione durante le piene, rispettivamente, del 29/04/2009 e 23/12/2009) l approccio entropico-probabilistico per la stima del profilo di velocità lungo la verticale (i dettagli del metodo entropico-probabilistico e del metodo di calcolo della portata per i due eventi sono riportati nella già citata relazione ARPAV-DST n.01/10). In definitiva è stato utilizzato un coefficiente di scabrezza pari a 0.06 per l alveo principale e pari a 0.08 per la sponda destra e sinistra. La Tabella 2 riporta i valori misurati di portata, area della sezione liquida, velocità media della sezione, altezza idrometrica di riferimento che sono stati applicati nel modello idraulico.

8 Pagina 6 di 9 Tabella 2 Portata, area della sezione liquida, velocità media della sezione ed altezza idrometrica misurati nella sezione in corrispondenza dell idrometro. Le misure evidenziate in giallo riportano semplicemente altezza idrometrica di riferimento e portata non essendo stati calcolati gli altri parametri idraulici. Id misura H idrom rif. (m) Quota (m s.l.m.)* Portata (m 3 /s) Area della sezione liquida (m 2 ) Velocità media nella sezione (m/s) Profondità media nella sezione (m) Larghezza superiore (m) *calcolata considerando la quota dello zero idrometrico pari a m s.l.m. (come da nota tecnica Genio Civile di Treviso del Gennaio 2005) Nella Tabella 3 sono riportati i risultati delle modellazioni idrauliche per diversi valori di portata misurata, ai quali sono stati aggiunti dei valori di livello-portata calcolati (rispettivamente 40, 80 e 100 m 3 /s) e utilizzati per definire meglio l andamento della scala di deflusso per portate elevate. Tabella 3 - Risultati della modellazione idraulica con Hec-Ras. Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width

9 Pagina 7 di 9 L analisi dei risultati delle modellazioni con Hec-Ras evidenzia come vi sia una discreta corrispondenza tra i valori dei parametri idraulici (velocità media della sezione e area della sezione liquida) stimati attraverso il modello e quelli misurati in campo, al contrario i valori di larghezza stimati sono abbastanza diversi da quelli misurati, il che condiziona anche i valori di profondità media della sezione che sono calcolati dividendo l area della sezione liquida per la larghezza in superficie. Per poter correlare la quota della superficie dell acqua, stimata dal modello idraulico, all altezza idrometrica di riferimento misurata dall idrometro CAE, si è proceduto nel seguente modo: le altezze idrometriche di riferimento sono state trasformate in quote sul livello del mare aggiungendo la quota dello zero idrometrico alla sezione di Fontanelle riportato su una nota tecnica del Genio Civile di Treviso nel Gennaio 2005, pari a m s.l.m. (dato sostanzialmente confermato anche dal rilievo eseguito dallo studio B&M Ingegneria, che riportano un valore pari a 17.44); successivamente è stata eseguita una regressione lineare tra le quote delle altezze idrometriche così calcolate e le quote della superficie dell acqua stimata dal modello per quel determinato valore di portata, evidenziando come la correlazione sia molto prossima all unità (coefficiente di correlazione R 2 = , Figura 3); infine applicando la relazione di regressione alle quote della superficie dell acqua calcolate dal modello si sono ricalcolate le quote della superficie dell acqua misurate, e sottraendo la quota dello zero idrometrico, è stato possibile calcolare le altezze idrometriche stimate attraverso il modello Hec-Ras (i valori sono riportati nella Tabella 5). Tabella 4 Altezze idrometriche di riferimento e quote della superficie dell acqua misurate e stimate da modello Altezza idrometrica di riferimento per la misura (m) Quota della superficie dell'acqua misurata (m s.l.m.) Portata misurata (m 3 /s) Quota della superficie dell'acqua stimata da modello (m s.l.m.) Quota della superficie dell'acqua ricalcolata dalla regressione (m s.l.m.) Altezza idrometrica di riferimento ricalcolata dalla regressione (m) Portata misurata (m 3 /s) In questo modo è stato possibile plottare sul grafico riportante la scala di deflusso proposta ed i valori di portata misurati, anche le coppie di valori altezza idrometrica - portata stimati attraverso il modello Hec, e confrontare l andamento della scala di portata elaborata con Hec-Ras con le misure effettuate ( Figura 4) e con la scala di deflusso proposta. Ad una prima analisi emerge come la scala di deflusso derivata dal modello descriva abbastanza bene le misure di portata, ad eccezione di due punti che si trovano al di fuori degli intervalli di

10 Pagina 8 di 9 confidenza della scala stessa. Si noti, inoltre, che le due misure che sono state ricalcolate utilizzando l approccio entropico-probabilistico si posizionano molto vicine alla scala di portata e descrivono in maniera accurata l andamento della scala per alti tiranti. Se tuttavia si mettono in evidenza le misure di magra (Fig. 5), emerge chiaramente che la scala di deflusso da modello tenda a sovrastimare le portate di magra, mentre la scala di deflusso elaborata attraverso l interpolazione delle misure sembra descrivere in modo più corretto le misure effettuate. Si è quindi deciso di individuare la scala di deflusso mediante due formulazioni: una specifica per le portate di magra (altezze idrometriche inferiori a 0.35 m) ed una per le restanti altezze idrometriche (altezze idrometriche superiori a 0.35 m) utilizzando i risultati del modello Hec-Ras. Le relazioni analitiche sono: ( 0.02) Q = * H + (1) Scala di magra per H< 0.35 m ( 0.06) Q = * H + (2) per H 0.35 m dove Q è la portata in m 3 /s e H è l altezza idrometrica in m. Figura 3 Analisi della correlazione tra quota della superficie dell acqua stimata con Hec-Ras e quote misurate dal tele idrometro.

11 Pagina 9 di 9 Figura 4 Confronto tra portate misurate, scale di deflusso e portate stimate con il modello idraulico. Figura 5 Confronto tra portate misurate, scale di deflusso in magra (H < 0.35 m) e portate stimate con il modello idraulico.

12 ARPAV Agenzia Regionale per la Prevenzione e Protezione Ambientale del Veneto Direzione Generale Via Matteotti, Padova Tel Fax urp@arpa.veneto.it