La modellazione numerica nei progetti di riqualificazione fluviale: il caso Ewijkse Plaat, Paesi Bassi

Transcript

1 Sarzana Giugno 2009 I Convegno Italiano sulla Riqualificazione Fluviale Sessione B: Strumenti e metodi per la riqualificazione fluviale La modellazione numerica nei progetti di riqualificazione fluviale: il caso Ewijkse Plaat, Paesi Bassi Elena Facchini (Università degli studi di Firenze, Facoltà di Ingegneria); Alessandra Crosato (UNESCO-IHE, Department of Water Engineering; Delft University of Technology, Section of Hydraulic Engineering); Emiel Kater (Radboud University Nijmegen, Faculty of Science, Institute for Science, Innovation and Society, Centre for Sustainable Management of Resources)

2 Introduzione al problema Alto grado di regolazione dei fiumi europei Scarsità di processi naturali E possibile conciliare riattivazione di processi naturali e sicurezza idraulica? Aumento di eventi di piena Sedimentazione delle piane alluvionali

3 Strategie nei Paesi Bassi Riqualificazione fluviale + sicurezza idraulica = Cyclic Floodplain Rejuvenation (CFR) ringiovanimento ciclico delle piane alluvionali 1. Rimozione periodica della vegetazione; 2. Rimozione di sedimenti attraverso lo scavo di canali secondari; 3. Rimozione di sedimenti attraverso l abbassamento delle piane. Problema: frequenza di applicazione delle misure

4 La piana alluvionale Ewijkse Plaat

5 La piana alluvionale Ewijkse Plaat Il progetto pilota Ewijkse Plaat 1988: scavo della piana alluvionale; crescita libera della vegetazione; processi geomorfologici; nessuna manutenzione; monitoraggio. L evoluzione dell Ewijkse Plaat è una fonte di dati per studiare misure di CFR

6 Obiettivi dello studio verificare la possibilità di modellare numericamente progetti come quello eseguito sulla Ewijkse Plaat; stabilire le conseguenze che la crescita della vegetazione ha sui livelli idrici e sulla deposizione dei sedimenti; testare l efficacia di soluzioni alternative per Ewijkse Plaat. Modello numerico dell evoluzione dell Ewijkse Plaat con il software Delft3D

7 Caratteristiche del modello Processi simulati (2D): moto vario; moto elicoidale (parametrizzato); trasporto di sedimenti al fondo e in sospensione (Van Rijn); erosione e accrescimento del letto; influenza delle vegetazione sul flusso (Baptist 2005): vegetazione schematizzata come cilindri rigidi con diametro (D), altezza (k) e densità (d c ); distinzione tra vegetazione parzialmente o completamente sommersa

8 Implementazione del modello Lunghezza: 15 km (area di studio: 1 km); Condizioni al contorno idrodinamiche: monte (morfologia): idrogramma di piena (Q>2500m 3 /s); monte (livelli idrici): portata costante; valle: scala di deflusso. Sedimenti: sabbia grossolana: 2000 μm; sabbia medio/fine: 250 μm (calibrazione); limo: 20 μm.

9 Implementazione del modello Vegetazione: Stadio di crescita Anno di riferimento della mappa di vegetazione Area di studio Piana alluvionale circostante Stadio I 1991 Stadio II 1997 Stadio III 2000 Stadio IV

10 Validazione del modello Periodo simulato: Giugno Novembre 1997; Dati per il confronto: altezze medie di sedimentazione.

11 Validazione del modello Periodo simulato: Giugno Novembre 1997; Dati per il confronto: altezze medie di sedimentazione. Risultati Altezze di sedimentazione (m) Validazione Dati di campo Giugno 1994 Giugno Giugno Novembre

12 Scenari simulati Descrizione scenario Scenario A: crescita libera della vegetazione (assenza di manutenzione) Periodo (anni) 20 Scenario B: taglio della vegetazione ogni 5 anni Scavo di 3 canali di drenaggio Apertura del canale secondario Analisi di sensitività (dimensione frazione limo) 5 5

13 Gestione della vegetazione Risultati: livelli velocità pattern idrici di sedimentazione Scenario A Scenario A Scenario B Scenario B

14 Scavo di canali di drenaggio Scavo Topografia originale sedimentazione erosione Erosione/sedimentazione dopo 5 anni

15 Scavo di canali di drenaggio Cambiamento del livello idrico (m) Q=7923 m 3 /s Effetto immediato Dopo 5 anni

16 Apertura del canale secondario Scavo Topografia originale Erosione/sedimentazio ne dopo 5 anni

17 Apertura del canale secondario Cambiamento del livello idrico (m) Q=7923 m 3 /s Effetto immediato Dopo 5 anni

18 Conclusioni (1) modellazione dell evoluzione dell Ewijkse Plaat: i risultati del modello si accordano con quelli ricavati dai dati di campo e da studi precedenti; l incertezza sulla dimensione del limo non pregiudica la validità del modello (analisi di sensitività).

19 Conclusioni (2) influenza della vegetazione e delle pratiche di CFR sui processi di sedimentazione: La vegetazione accelera il processo di sedimentazione della piana inondabile a scala di sezione trasversale; le conseguenze sui livelli idrometrici sono rilevanti solo se l influenza della vegetazione è studiata a scala di tratto, il solo accrescimento della piana a scala di sezione ha effetti trascurabili sui livelli; si può stimare che il periodo di applicazione delle pratiche di CFR sulla Ewijkse Plaat sia di 10 anni; a scala di sezione la vegetazione può essere usata per stimolare sedimentazioni ed erosioni localizzate.

20 Conclusioni (3) effetti di soluzioni alternative: 1. scavo di canali di drenaggio; 2. apertura del canale secondario. in entrambi gli scenari si verificano sedimentazioni localizzate; la soluzione 1 diminuisce il livello idrico di cm; la soluzione 2 diminuisce il livello idrico di cm; nel breve periodo (5 anni) i cambiamenti morfologici non pregiudicano l efficacia idraulica degli interventi. Il modello risulta uno strumento utile per testare progetti di riqualificazione fluviale, allo scopo di bilanciare correttamente costi e benefici, necessità di manutenzione e scala dell intervento. In questi progetti la modellazione di fenomeni morfologici oltre che idraulici è fondamentale.

21 grazie dell attenzione