L idrodinamica nei bacini portuali

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1 Monopoli, Palazzo di Città - Sala Consiliare I. Perricci,

2 L idrodinamica nei bacini portuali Antonio Felice PETRILLO Ordinario di Meccanica dei Fluidi Laboratorio di Ricerca e Sperimentazione per la Difesa delle Coste Dipartimento di Ingegneria delle Acque e di Chimica Politecnico di Bari

3 La conoscenza dell Idrodinamica in un Bacino Portuale è di fondamentale importanza sia nella fase di progettazione che di gestione.

4 Conoscere l Idrodinamica significa definire con le diverse condizioni di forzanti (vento, moto ondoso e marea): - L agitazione ondosa nel bacino; - Le correnti di circolazione nel bacino.

5 L agitazione ondosa è importante per verificare, sia in fase di progettazione che di gestione, la sicurezza per l ingresso, l uscita e l ormeggio della flotta. Le correnti di circolazione sono importanti per la qualità delle acque e il trasporto e deposito di sedimenti all interno del bacino.

6 Le due grandezze sono importanti nella fase di scelta e/o modifica delle opere di protezione portuali e dei moli a cui negli ultimi anni, con l aumentata sensibilità ambientale, si sta man mano dando la giusta importanza al fine di individuare soluzioni che poi, in fase gestionale, non comportino notevoli accumuli di sedimenti, a cui devono seguire poi periodiche pulizie e/o dragaggi dei fondali.

7 Numerosi sono i casi riscontrati di moli che determinano nelle zone sottoflutto l accumulo non solo dei sedimenti, ma anche di materiali diversi che, purtroppo, raggiungono o sono immessi nel bacino portuale, quali contenitori di plastica di vario tipo, carte, plastica, ecc..

8 Questi accumuli, nella gran parte dei casi, si hanno in corrispondenza di vortici; infatti, questi al loro centro hanno bassi valori di velocità che determinano la sedimentazione di materiali e sedimenti.

9 Per quanto attiene all Agitazione Ondosa nei Bacini Portuali di seguito si riporteranno alcuni risultati di uno studio condotto sul Porto di Monopoli. Successivamente si faranno delle considerazioni generali sulle correnti di circolazioni e sul dragaggio

10 Il mio Gruppo di Ricerca ha collaborato alla redazione dello STUDIO DI FATTIBILITA PER LA REALIZZAZIONE DI UN APPRODO TURISTICO PRESSO IL MOLO MARGHERITA NEL PORTO DI MONOPOLI

11 Di seguito si riportano, in modo sintetico, alcuni risultati condotti sull Agitazione Ondosa

12 Analisi del Moto ondoso al Largo Diagramma polare delle frequenze di apparizione delle altezze d onda Hs (Dati della Boa della RON dell ISPRA)

13 Batimetria di dettaglio del Bacino Portuale e dei fondali esterni

14 Con Modelli Matematici è stata trovata l Agitazione Ondosa nel Bacino per le principali direzioni di provenienza del moto ondoso.

15 Agitazione ondosa nel bacino Onda da 330 N, Tr = 50anni, Hs = 4.79m e Tp = 8.44s

16 Agitazione ondosa nel bacino Onda da 0 N, Tr = 50anni, Hs = 4.79m e Tp = 8.44s

17 Agitazione ondosa nel bacino Onda da 30 N, Tr = 50anni, Hs = 5.31m e Tp = 9.53s

18 Agitazione ondosa nel bacino Onda da 60 N, Tr = 50anni, Hs = 5.31m e Tp = 9.53s

19 Agitazione ondosa nel bacino Onda da 90 N, Tr = 50anni, Hs = 3,98m e Tp = 8.59s

20 L Agitazione ondosa ha supportato la scelta progettuale fatta per l Approdo turistico presso il Molo Margherita Planimetria dell del Approdo turistico presso il Molo Margherita

21 Per quanto riguarda le correnti di circolazione

22 A Piccola Scala (Bacini Portuali) avviene quello che a Grande Scala negli ultimi decenni, e recentemente, è stato riscontrato nei Bacini Oceanici, ossia: l accumulo di vari tipi di materiali e la creazione di Isole di Immondizia.

23 Qualche problema nei GRANDI BACINI

24 Basso Adriatico

25 Nell Adriatico, tra la costa pugliese e quella balcanica, vi è la Fossa più profonda, circa metri di profondità. [La fossa è di fronte alla costa pugliese e, quindi, di Monopoli] Nel passato si erano avuti riscontri sul cattivo stato della qualità delle acque della zona.

26 Una conferma puntuale si è avuta recentemente, luglio del 2008, con le campagne delle navi del Laboratorio dell Istituto Oceanografico di Spalato, Croazia.

27 I ricercatori dell Istituto riferiscono che: Dentro la Fossa non c è più la tipica flora e fauna marina, presente negli abissi, ma una vera e propria discarica marina. Il suo fondale è ricoperto tra l altro di bottiglie, buste di plastica, vetro e lattine di alluminio.

28 Il materiale accumulato proviene dai numerosi rifiuti solidi e liquidi immessi nell Adriatico, sia da terra che da mare, specie nella parte Sud del bacino. (Il traffico marittimo tra l Italia e i Balcani e quello di transito è in costante aumento, con navi che ogni giorno partono dai principali porti italiani in direzione di Spalato, delle isole croate, del Montenegro, dell Albania e della Grecia; a ciò bisogna poi aggiungere le navi cisterna che ogni anno transitano nell Adriatico.)

29 Riprese fotografiche fatte dai ricercatori hanno consentito di stabilire la provenienza dei rifiuti della Fossa sulla base della lingua riportata sulle etichette dei materiali esaminati. Sono stati trovati prodotti: Sono stati trovati prodotti: - italiani; -Albanesi; - montenegrini; - croati; - sloveni; - ecc..

30 I materiali immessi in mare sono trasportati dalle correnti marine nella zona in cui si depositano.

31 Infatti; come è noto dalla letteratura, e da diverse ricerche specifiche eseguite recentemente, le correnti in quel tratto di mare creano un vortice ciclonico (antiorario) quasi stazionario. Nella parte centrale del vortice le velocità sono molto basse per cui si può avere il deposito dei materiali trasportati in superficie e la sedimentazione di materiali trasportati in sospensione.

32 Carta batimetrica del Mar Adriatico; le linee a e b definiscono la parte settentrionale, centrale e meridionale del bacino. ( Artegiani et al. 1997)

33 Analisi delle correnti superficiali fatta da Borzelli et al. (1999) (Correnti con andamento ciclonico nella Fossa e anticiclonico a Nord, intorno alla batimetrica dei 100m)

34 0.2 m/s Ricostruzione delle correnti nel Medio e Basso Adriatico con il modello matematico Princeton Ocean Model (F. De Serio, A.F. Petrillo 2002) Dalla figura si nota il vortice al centro del Basso Adriatico in corrispondenza della Fossa.

35 Casi analoghi nel Mondo (recentemente riportati con grande evidenza dalle cronache)

36 Il Vortice anticiclonico del Nord Pacifico (North Pacific Gyre) localizzato tra l equatore e il parallelo 50 di latitudine nord e si muove in senso orario. Nel centro del vortice si accumulano notevoli quantità di rifiuti, soprattutto plastica, ed altri detriti formando L Isola orientale di Immondizia o Vortice Pattumiere del Nord Pacifico.

37 L Isola, formatasi a partire dagli anni cinquanta, ha un diametro di circa km, pari ad una superficie di Kmq, una profondità di 30 m ed un peso di circa tonnellate.

38 Vi è poi un altra Isola di immondizia ad occidente, in prossimità delle coste giapponesi, dove si forma un vortice ciclonico.

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40 Dopo quelle nell Oceano Pacifico, è stata scoperta e studiata (tra il 1986 e il 2008) un Isola di immondizia nell Atlantico (nel Mar dei Sargassi) della quale non sono ancora note le dimensioni.

41 Alcune considerazioni sulle correnti di circolazione nei BACINI PORTUALI

42 La conoscenza dell Idrodinamica all interno di un Bacino Portuale è importante quando si devono eseguire i dragaggi al fine di determinare la diffusione dei sedimenti che con il draggio sono messi in sospensione, e in particolare: - con quale metodologia eseguire il dragaggio; - con quali condizioni meteomarine la diffusione dei sedimenti arreca il minimo impatto.

43 Di seguito, in modo sintetico, si riportano alcuni risultati di una ricerca condotta nell area di Porto Cesareo (Lecce). Una metodologia simile sarà impiegata prima di effettuare il dragaggio al Porto di Monopoli.

44 POSIZIONE GEOGRAFICA Porto Cesareo, cittadina costiera lungo il litorale ionico della provincia Lecce.

45 VALENZA AMBIENTALE I fondali di quest'area sono tra i più diversificati del Mediterraneo dal punto di vista ecologico.

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47 VALENZA ARCHEOLOGICA

48 ISTITUZIONE DELL AREA MARINA PROTETTA DI PORTO CESAREO Decreto del Ministero dell Ambiente del 12 dicembre 1997, pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 45 del Consorzio tra gli Enti locali (Provincia di Lecce e i Comuni di Porto Cesareo e Nardò). Estensione ettari.

49 Sono presenti due Bacini Portuali naturali protetti da isolotti e scogli. I Bacini hanno fondali molto bassi e presentano delle criticità.

50 APPRODO DI PONENTE

51 DEFICIENZE DELL APPRODO DI PONENTE Fondali molto bassi, depositi di sedimenti e problemi di eutrofizzazione a seguito della realizzazione di alcuni moli

52 PUNTA DI TORRE CESAREA ISOLA DEL CAPARRONE ISOLA DELLA SCOGLIERA SCOGLI EMERSI ISOLA DEI CONIGLI

53 INTERVENTO DI RECUPERO: POSSIBILE DRAGAGGIO DELL AREA E RELATIVO IMPATTO

54 TIPOLOGIE DI DRAGHE DRAGHE IDRAULICHE DRAGA ASPIRANTE A PUNTO FISSO

55 TIPOLOGIE DI DRAGHE DRAGHE IDRAULICHE DRAGA ASPIRANTE CON DISGREGATORE

56 TIPOLOGIE DI DRAGHE DRAGHE MECCANICHE DRAGA A CUCCHIAIO

57 TIPOLOGIE DI DRAGHE DRAGHE MECCANICHE DRAGA A SECCHIE

58 TIPOLOGIE DI DRAGHE DRAGHE MECCANICHE DRAGA A BENNA

59 IMPATTI AMBIENTALI DELLE OPERAZIONI DI DRAGAGGIO Aumento della torbidità; Aumento della concentrazione del materiale in sospensione; Riduzione della penetrazione della luce; Aumento della domanda chimica di ossigeno; Aumento della dispersione dei nutrienti; Riduzione dell ossigeno disciolto; Alterazione o distruzione; dell haditat neturale dei vari organismi marini.

60 OBIETTIVO DELLA RICERCA: Analisi e simulazioni del rilascio e della dispersione dei sedimenti durante il dragaggio per scegliere la procedura ottimale, tenendo conto dei vincoli ambientali dell area.

61 PIANO DELLA SPERIMENTAZIONE Localizzazione e caratterizzazione dell area da assoggettare a dragaggio; Preliminare attività conoscitiva sull intera area di studio analizzando dati di letteratura relative a: analisi anemometrica; analisi granulometrica; caratteristiche delle draghe da simulare. Simulazione con modelli matematici delle correnti di circolazione marine e del trasporto solido da dragaggio.

62 AREA DA DRAGARE C Area da dragare B RISERVA PARZIALE ASSENZA VINCOLI A RISERVA PARZIALE RISERVA INTEGRALE Superficie complessiva: m 2 - Spessore da esportare: 1 m Volume totale da esportare: m 3

63 NO ANALISI DEI VENTI N NE U 41 nodi 28 U < 41 nodi 17 U < 28 nodi 7 U < 17 nodi U < 7 nodi Vento da Nord : O SO S SE E frequenza oltre il 20%. Vento da Sud : frequenza del 16%. Venti da NE, SO, O e NO frequenza attorno all 8%. Venti da E frequenza del 4% di rilevazioni.

64 ANALISI GRANULOMETRICA DIAMETRO DEL MATERIALE PIÙ PRESENTE LIMO FINE

65 STIMA DEL QUANTITATIVO DI MATERIALE RISOSPESO DRAGHE MECCANICHE DRAGHE IDRAULICHE Percentuale di materiale risospeso W = R f Q C (Hayes & Wu, 2001) W = portata massica di sed. Risospesi [kg/s]; R=fattore di risospensione [%]; Percentuale di materiale risospeso 2,5-9 % 0,5-4,5 % f=frazione di particelle <0.074mm; Q=portata in secco della 11,77 kg/s draga[m 3 /s]; 5,12 kg/s C= densità in secco dei sedimenti [kg/m 3 ].

66 SIMULAZIONI DELLE CORRENTI MARINE MODELLO DI CIRCOLAZIONE Consente, attraverso la risoluzione delle equazioni del moto, di costruire il campo vettoriale delle correnti di circolazione

67 Digitalizzazione carta batimetrica dell AMP di Porto Cesareo scala 1:1000 redatta nell ambito del progetto Interreg II. Matlab + Autocad + Surfer Batimetria MODELLO DI CIRCOLAZIONE

68 DURATA SIMULAZIONI: 10 GIORNI 1. raggiungere la stabilità degli output prima dell inizio del dragaggio; 2. contenere almeno un intero ciclo di marea prima dell inizio del dragaggio; 3. rispettare la durata complessiva dell operazione di dragaggio. MODELLO DI CIRCOLAZIONE

69 VENTO MAREA SIMULAZIONI CORRENTOMETRICHE PERIODO Direzione Intensità (m/s) Ampiezza (m) Periodo (s) Simulazione A Annuale Nord Simulazione B Invernale Nord Simulazione C Estivo Sud Caratteristiche delle forzanti MODELLO DI CIRCOLAZIONE

70 CONDIZIONE MEDIA ANNUALE Vento da Nord, 10 nodi

71 CONDIZIONE MEDIA INVERNALE Vento da Nord, 21 nodi

72 CONDIZIONE MEDIA ESTIVA Vento da Sud, 10 nodi

73 COMMENTI CONDIZIONE MEDIA ANNUALE Dalle simulazione correntometriche, si osserva che nelle acque profonde la struttura di circolazione è dominata dalla forzante. CONDIZIONE MEDIA INVERNALE CONDIZIONE MEDIA ESTIVA

74 COMMENTI CONDIZIONE MEDIA ANNUALE In prossimità della costa, invece, sia la topografia che l effetto delle maree danno luogo a trend locali più sinuosi. CONDIZIONE MEDIA INVERNALE CONDIZIONE MEDIA ESTIVA

75 MODELLO DI CIRCOLAZIONE OUTPUT CORRENTOMETRICI MODELLO DI DIFFUSIONE DEI SEDIMENTI Modello matematico che consente di individuare l evoluzione del plume di sedimenti rilasciato durante il dragaggio accoppiando i meccanismi dell advezione-diffusione dovuti al vento, alle correnti marine e alla sedimentazione dei materiali messi in sospensione.

76 SIMULAZIONI TRASPORTO SEDIMENTI PERIODO CONDIZIONE CORRENTOMETRICA TIPO DI DRAGA Simulazione A1 Simulazione A2 Annuale Output della simulazione A Idraulica Meccanica Simulazione B1 Simulazione B2 Invernale Output della simulazione B Idraulica Meccanica Simulazione C1 Simulazione C2 Estivo Output della simulazione C Idraulica Meccanica MODELLO DI DIFFUSIONE DEI SEDIMENTI

77 Tipo di draga Q (m 3 /h). W (kg/s) IDRAULICA 500 5,12 MECCANICA ,77 MODELLO DI DIFFUSIONE DEI SEDIMENTI

78 MODELLO DI CIRCOLAZIONE OUTPUT CORRENTOMETRICI MODELLO DI DIFFUSIONE DEI SEDIMENTI OUTPUT DIFFUSIONE DEI SEDIMENTI

79 Le concentrazioni di sedimento sospeso e la conseguente quantità di materiale depositato è maggiore con le draghe meccaniche. Condizione Estiva Sedimentazione netta Draga Idraulica Condizione Estiva Sedimentazione netta Draga Meccanica

80 SIMULAZIONE CONDIZIONE MEDIA ANNUALE EFFETTO COMBINATO VENTO E MAREA 1^ FASE: SPOSTAMENTO INIZIALE DEL PENNACCHIO VERSO EST

81 SIMULAZIONE CONDIZIONE MEDIA ANNUALE EFFETTO COMBINATO VENTO E MAREA 2^ FASE: SPOSTAMENTO DEL PENNACCHIO VERSO NORD

82 3^ FASE: Spostamento dei sedimenti verso Sud. La quantità di materiale dragato che va ad interessare le coste soggette a Vincolo Integrale (Penisola della Stresa) è comunque modesta

83 SIMULAZIONE CONDIZIONE MEDIA INVERNALE

84 Dallo studio delle mappe di concentrazione, si deduce che la quantità di materiale dragato che va ad interessare le coste soggette a vincolo integrale (Penisola della Stresa), è nettamente maggiore che nel caso precedente; è, quindi, non praticabile un intervento di dragaggio durante il periodo invernale.

85 SIMULAZIONE CONDIZIONE MEDIA ESTIVA Lo spostamento dei sedimenti è verso Nord e non interessa l area a Protezione Integrale (Zona A)

86 Alla luce dei risultati della ricerca, risulta praticabile l intervento di dragaggio durante il periodo estivo, quando la dispersione dei sedimenti, per effetto del vento da Sud, non va ad interessare le zone di maggiore valenza ambientale.

87 Per quanto riguarda il dragaggio del Bacino Portuale di Monopoli saranno condotti studi correntometrici e sedimentologici utilizzando la stessa metodologia esposta innanzi per Porto Cesareo.

88 Grazie per l attenzione