BACINO IDROGRAFICO DEL FIUME MINGARDO RELAZIONE IDRAULICA

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1 AUTORITÀ DI BACINO REGIONALE SINISTRA SELE Via A. Sabatini, Salerno Tel. 089/ Fax 089/ BACINO IDROGRAFICO DEL FIUME MINGARDO RELAZIONE IDRAULICA PIANO STRALCIO PER L ASSETTO IDROGEOLOGICO - AGGIORNAMENTO (2012) RISCHIO IDRAULICO Segreteria Tecnica Operativa AREA TECNICA AREA AMMINISTRATIVA - Ing. Manlio Mugnani - Dott. Vincenzo Liguori - Ing. Elisabetta Romano - Dott. comm. Angelo Padovano - Ing. Massimo Verrone - Arch. Vincenzo Andreola - Arch. Carlo Banco - Arch. Antonio Tedesco - Geol. Saverio Maietta - Geom. Giuseppe Taddeo Il Responsabile del Procedimento - Ing. Raffaele Doto Data: Marzo 2012 Consulente Specialistico - Ing. Raffaella Napoli Supporto Specialistico - Ing. Claudia Musella - Ing. Claudia Palma Consulente Scientifico - Prof. ing. Domenico Pianese - Prof. geol. Domenico Guida Il Commissario Straordinario Avv. Luigi Stefano Sorvino

2 Progetto di Piano Stralcio per l Assetto Indice 1. PREMESSA Inquadramento territoriale I limiti dell Autorità di Bacino Il Bacino del fiume Mingardo Problematiche idrauliche del bacino del fiume Mingardo Attività ad oggi svolte e pianificate dall Autorità di Bacino Sinistra Sele Attività svolte nel presente studio DEFINIZIONE DELLA GEOMETRIA DELL ALVEO Generalità Criteri generali per l identificazione e la localizzazione delle sezioni trasversali Risultanze della campagna di rilievi cartografici e topografici Risultanze dei sopralluoghi in situ STUDIO IDRAULICO Schema idraulico di riferimento Portate di piena Modelli di calcolo utilizzati...14 I

3 Progetto di Piano Stralcio per l Assetto Indice Generalità Studio idraulico in moto permanente Valori del coefficiente di scabrezza Condizioni al contorno Delimitazione delle aree inondabili Approfondimento dello Studio idraulico della foce (modello bidimensionale) Dati topografici di base Coefficienti di scabrezza Delimitazione delle aree inondabili Dati idrologici di input Risultati dello studio idraulico DEFINIZIONE DELLA PERICOLOSITÀ La regione fluviale Le fasce di pertinenza fluviale Le fasce di pertinenza fluviale nel bacino del fiume Mingardo APPENDICE 1 MODELLO IDRAULICO DI MOTO PERMANENTE Premessa Equazioni di base e schema risolutivo Procedura di calcolo...40 II

4 Progetto di Piano Stralcio per l Assetto Indice 5.4 Caratterizzazione idraulica delle sezioni di calcolo Cambiamenti del regime della corrente Valutazione degli effetti delle pile dei ponti Condizioni al contorno APPENDICE 2 - MODELLO IDRAULICO DI MOTO BIDIMENSIONALE Descrizione del codice di calcolo Dati ingresso Dati topografici Comportamento reologico del miscuglio Routine di calcolo...52 III

5 1. PREMESSA 1.1 Inquadramento territoriale I limiti dell Autorità di Bacino Il territorio di pertinenza dell Autorità di Bacino Sinistra Sele Regione Campania è delimitato: della a Nord - Ovest dalla sponda destra del fiume Capodifiume nel comune di Capaccio. A Nord Nord Est, confina con l'autorità di bacino interregionale del Sele, seguendo una linea ideale che unisce gli spartiacque morfologici costituiti dai rilievi montuosi del Monte Soprano (1083 m s.l.m.m.), del Monte Chianello (1314 m s.l.m.m.), del Monte Falascoso (1494 m s.l.m.m.) del Monte Cervati (1899 m s.l.m.m.), Monte Forcella (1192 m s.l.m.m.), Monte Juncaro (1221 m s.l.m.m.). sul lato sud confina con l'appennino Lucano, che rappresenta la linea di demarcazione tra le provincie di Salerno e Potenza. il lato Ovest è rappresentato dalla fascia costiera compresa tra il tratto sud del golfo di Salerno, comprendente il litorale Paestum-Capaccio e quello di Policastro, fino al tratto sud del litorale di Sapri, al confine con la regione Basilicata. I punti estremi sono rappresentati da "Punta degli Infreschi", "Capo Palinuro" e "Punta Licosa". Sotto il profilo amministrativo, L autorità di Bacino comprende: sessantaquattro comuni della provincia di Salerno; Studio idraulico 1

6 cinque Comunità Montane (Calore salernitano, Alento - Monte Stella, Gelbison - Cervati, Lambro e Mingardo, Bussento); due Consorzi di Bonifica (Sinistra Sele e Velia) Il Bacino del fiume Mingardo Nell ambito fisico ed amministrativo sopra descritto, il bacino del fiume Mingardo, con i suoi 224 km 2, e viste le caratteristiche di grande rilevanza socio-economica delle aree di foce, rappresenta sicuramente una delle priorità dal punto di vista del rischio idraulico. Il fiume Mingardo è caratterizzato da un alveo inciso nel tratto compreso tra la sorgente e la località Tempa Spagazzi, a 20 Km a monte della foce, per poi assumere le caratteristiche tipiche di un alveo alluvionato di larghezza trasversale pari a circa m e pendenza media del 7 8% per una lunghezza di circa 10 Km fino all area di confluenza con il torrente Serrapotamo, dove la piana alluvionale dei due corsi d acqua si estende per circa 70 ha. Immediatamente a valle della confluenza, il fiume Mingardo corre per 8 Km, con pendenza dell ordine del 4 5% in una gola larga mediamente m. All uscita della gola si apre la piana alluvionale di foce, dove le pendenze diventano dell ordine dello 0.2%. Soltanto nel tratto compreso tra il ponte della ex SS 562 ed il mare, per circa 800 m, l alveo è caratterizzato da una savanella incassata e da una piana golenale molto ampia. Studio idraulico 2

7 1.1.3 Problematiche idrauliche del bacino del fiume Mingardo Allo stato attuale l Autorità di Bacino è in possesso di una serie di dati di base, in parte raccolti nell ambito della redazione del PAI Rischio Alluvioni, in parte nel corso dello svolgimento delle attività proprie della stessa Autorità. Tali dati sono stati attentamente esaminati al fine di definire lo stato conoscitivo circa la pericolosità idraulica esistente nel bacino del fiume Mingardo. In particolare, sono stati esaminati: 1. i dati relativi agli allagamenti verificatisi nel passato ed ai conseguenti danni subiti nelle aree limitrofe al corso d acqua; 2. le informazioni riguardanti le attuali destinazioni di uso del territorio, soprattutto nelle aree soggette a periodici allagamenti; 3. lo studio idrologico redatto nell ambito del PAI e finalizzato alla definizione delle portate di piena lungo il corso d acqua; 4. i dati cartografici e topografici utilizzati nel PAI per la definizione delle aree a differenti livelli di pericolosità e di rischio idraulico; 5. le carte delle fasce fluviali e del rischio idraulico redatte nell ambito del PAI (tavole 6 e 7). L esame di quanto descritto ha evidenziato, come peraltro già fatto nell ambito del PAI, le aree a maggiore pericolosità idraulica lungo le aste principali (Mingardo e Serrapotamo) del bacino in esame. Tale condizione è peraltro confermata dai frequenti eventi alluvionali, non ultimo quello molto gravoso verificatosi nel dicembre del 1997, che hanno interessato negli anni soprattutto la zona di confluenza del fiume Mingardo con il torrente Serrapotamo e la zona di foce, causando ingenti danni soprattutto alle Studio idraulico 3

8 numerose attività turistiche dislocate in prossimità del fiume e della spiaggia dell Arco Naturale. Questa situazione rappresenta certamente una delle più importanti emergenze idrogeologiche del Cilento, sia per il pregio naturalistico delle aree interessate che per l importanza delle stesse nello sviluppo socio economico del Cilento stesso. 1.2 Attività ad oggi svolte e pianificate dall Autorità di Bacino Sinistra Sele Nel rispetto del quadro normativo delineato al precedente paragrafo, nell ambito delle sue competenze istituzionali, l Autorità di Bacino Regionale Sinistra Sele ha redatto il Piano per l Assetto Idrogeologico (PAI) per l intero territorio di competenza, e quindi anche per il bacino del fiume Mingardo e per il torrente Serrapotamo nei tratti individuati a rischio nel Piano Straordinario. Riconoscendo i limiti dello studio effettuato alla base del Piano, dovuti essenzialmente alla scala di riferimento, alla vastità del territorio oggetto di studio ed ai tempi molto ristretti dettati dalle norme, l Autorità di Bacino, nella consapevolezza che, come dettato dalla 183/89 Il Piano di Bacino è uno strumento dinamico ed in continuo aggiornamento preposto alla tutela dell'integrità fisica del territorio sotto i suoi molteplici aspetti (geologico, idrologico, idrogeologico, idraulico, ambientale, urbanistico, agrario e paesaggistico), ha predisposto un programma di approfondimenti lungo i principali corsi d acqua. Le attività del presente studio sono contenute nel Programma delle attività di aggiornamento al Piano Stralcio per l Assetto Idrogeologico, relativamente al rischio idraulico dei fiumi Lambro e Mingardo e del torrente La Fiumarella, approvato con delibera di Comitato Istituzionale n 34 del , e consistono in: Studio idraulico 4

9 1. Aggiornamento della carta del danno; 2. Aggiornamento del censimento delle opere idrauliche; 3. Studio idrologico ed idraulico per l aggiornamento e del rischio da alluvione; 4. Studi preliminari per la definizione degli interventi di mitigazione del rischio. 1.3 Attività svolte nel presente studio Nella presente relazione saranno affrontate le problematiche inerenti l aggiornamento della carta della pericolosità idraulica, del danno e del rischio relativamente alle aste principali del fiume Mingardo, ed in particolare per la piana alluvionale del fiume Mingardo per circa 25 km fino alla foce, ben oltre la confluenza con il torrente Serrapotamo, e per la piana alluvionale del torrente Serrapotamo per circa 4,6 km a monte della confluenza con il fiume Mingardo. Nei paragrafi che seguono sono descritte in dettaglio le attività sviluppate, ed in particolare: 1. la definizione della geometria d alveo e delle aree ad esso limitrofe; 2. lo studio idraulico sviluppato per le aree di interesse; 3. la delimitazione delle aree inondabili 4. la definizione della pericolosità idraulica e quindi delle fasce di pertinenza fluviale Nel capitolo 3.4 sono commentati i risultati dello studio idraulico. Tali risultati sono inoltre riportati graficamente nelle tavole Studio idraulico 5

10 - Carta delle aree inondabili (scala 1:2.000 e scala 1:5.000); - Carta delle fasce fluviali (scala 1:2.000 e scala 1:5.000). Nelle Appendici 1 e 2 sono descritti sinteticamente rispettivamente il modello di moto permanente monodimensionale e quello di moto vario bidimensionale utilizzati. Per lo studio idrologico alla base dello studio idraulico qui descritto, si rimanda alla relativa Relazione specialistica. Studio idraulico 6

11 2. DEFINIZIONE DELLA GEOMETRIA DELL ALVEO 2.1 Generalità Come detto in premessa, l area oggetto di studio è costituita dalla piana alluvionale del fiume Mingardo per 25 km a monte della foce, ben oltre la confluenza con il torrente Serrapotamo, e dalla piana alluvionale del torrente Serrapotamo per circa 4,6 km a monte della confluenza con il fiume Mingardo. Relativamente a tale ambito territoriale, è stata effettuata una campagna di rilievi cartografici e topografici mirata alla definizione della geometria dell alveo e delle aree ad esso limitrofe. Di seguito si forniscono i criteri per la realizzazione di tale campagna e se ne descrivono sinteticamente i risultati, rimandando per il dettaglio agli elaborati specifici Criteri generali per l identificazione e la localizzazione delle sezioni trasversali. Il numero e la localizzazione delle sezioni trasversali in un corso d acqua per la modellazione del moto della corrente dipende dallo scopo dello studio e dalle caratteristiche dello stesso corso d'acqua. Occorrono, ad esempio, un numero maggiore di sezioni per unità di lunghezza, per descrivere, con un medesimo grado di accuratezza, i profili idrici in piccoli corsi d acqua o corsi d acqua con elevate pendenze che in quelli che presentano una minore variabilità nelle caratteristiche geometriche. D altro canto il numero di sezioni non può essere troppo elevato perché ad esso sono proporzionali gli oneri di calcolo del modello oltre, naturalmente, i costi di rilievo topografico quando le stesse sono rilevate direttamente in situ. Studio idraulico 7

12 Un criterio, proposto nella letteratura tecnico-scientifica, suggerisce un limite superiore alla distanza tra due sezioni consecutive in relazione alla pendenza di fondo. La lunghezza del tratto tra due sezioni consecutive non dovrebbe, ad esempio, essere superiore a 1 km per corsi d acqua molto regolari con pendenze inferiori al 3/1000; non superiore a 500 m per corsi d acqua con pendenze dell ordine del 4-5/1000; m per pendenze maggiori. Nella localizzazione delle sezioni è, inoltre, opportuno anche tener conto della tecnica di risoluzione delle equazioni che governano il moto della corrente. Infatti due sezioni adiacenti definiscono sia un tratto nel fiume sia un passo nella procedura computazionale di integrazione delle equazioni. Quando, ad esempio, si procede all integrazione per differenze finite da valle verso monte, come per le correnti subcritiche, le condizioni idrometriche nella sezione a monte del tratto sono calcolate a partire da quelle note nella sezione di valle. Tale procedura, richiede quindi, per ottenere un accurata valutazione dei caratteri idrometrici della corrente, che le variazioni delle grandezze siano limitate. Per determinare il numero e individuare la posizione delle sezioni trasversali da rilevare, si è fatto riferimento ai seguenti criteri: - che siano perpendicolari al corso d acqua; - che siano posizionate in corrispondenza di punti dove si verificano significative variazioni delle morfologia della valle, della scabrezza o della pendenza; - che ve ne siano almeno una all'inizio e una alla fine nei tratti arginati o con sistemazioni; Studio idraulico 8

13 - che ve ne siano almeno tre in corrispondenza di ponti e strutture idrauliche: una immediatamente a monte, una immediatamente a valle ed un intermedia descrivente la struttura; - che ve ne sia almeno una in tutte quelle sezioni che possano risultare idraulicamente di controllo; - che ve ne siano immediatamente a monte e a valle di confluenze dove risultano variazioni di portata Risultanze della campagna di rilievi cartografici e topografici. Lungo il tratto oggetto di studio è stata realizzata una cartografia alla scala 1:2000 ed è stata effettuata una campagna di rilievi topografici a terra finalizzata a rilevare tutte le sezioni idraulicamente significative. La campagna di rilievi è stata organizzata in maniera tale da ottenere il minimo scarto possibile tra informazioni reperite a terra durante le battute topografiche e informazioni derivanti dalla restituzione cartografica. Questa ha comportato continui confronti e scambi di dati tra gli operatori di settore. In particolare, nell ambito della realizzazione della cartografia si è provveduto ad un infittimento della rete di caposaldi IGM presenti in zona. A tali caposaldi sono stati appoggiati i rilievi delle sezioni a terra, effettuate con tecnologia GPS. Gli stessi rilievi sono stati successivamente utilizzati nella restituzione cartografica per ottenere una maggiore precisione della stessa. Il dettaglio sulla geometria delle aree di interesse così ottenuto, ha consentito una migliore utilizzazione degli strumenti di calcolo di ingegneria idraulica ed una conseguente maggiore precisione nella definizione delle aree inondabili e delle fasce fluviali, compatibilmente con la scala di riferimento. Studio idraulico 9

14 Di seguito si riporta una sintetica descrizione dei rilievi topografici eseguiti sulle aste fluviali oggetto di studio. Fiume Mingardo Il fiume Mingardo ed i suoi affluenti si estendono lungo i confini comunali di Rofrano, Roccagloriosa, Alfano, Laurito, Montano Antilia, Celle di Bulgheria, Centola e Camerota. Lungo il suo percorso il Mingardo raccoglie le acque del torrente Faraone, del torrente Carcillo, dei due Valloni nei pressi di Novi Velia, dei valloni nei pressi di celle di Bulgheria, dei valloni nei pressi di Poderia, del vallone Manganotorto, del vallone dei Monaci, del torrente Serrapotamo e del vallone Cassiere e sfocia nei pressi della Grotta delle Ossa. Il tratto oggetto di studio si estende per circa 25 km a partire dalla foce. Su di esso, come detto in precedenza, sono state rilevate 139 sezioni topografiche; in particolare 69 sezioni sono state rilevate dalla foce alla confluenza con il torrente Serrapotamo, mentre le rimanenti 70 coprono il tratto a monte della confluenza. Nei 25 km suddetti sono inoltre presenti 13 ponti, anch essi regolarmente rilevati. Torrente Serrapotamo Il torrente Serrapotamo si estende per circa 4,6 km dalla confluenza con il fiume Mingardo. Lungo il suo sviluppo sono state rilevate 15 sezioni topografiche. Studio idraulico 10

15 2.2 Risultanze dei sopralluoghi in situ Per verificare la rispondenza dei dati forniti in seguito alla campagna topografica alle condizioni attuali del corso d acqua si è provveduto ad effettuare mirati sopralluoghi, nel corso dei quali sono state riscontrate le ulteriori seguenti problematiche di natura puntuale o diffusa: 1. Condizioni di scalzamento in corrispondenza delle fondazioni dell attraversamento della strada provinciale, ex SS 562; 2. Problemi di erosione spondale, relativi soprattutto alla sinistra idraulica; 3. Profilo di fondo alveo irregolare, caratterizzato da numerosi tratti in contropendenza; 4. Esistenza di una inadeguata rete scolante delle aree limitrofe al corso d acqua, caratterizzata da canali che spesso si immettono nello stesso corso d acqua con sezioni di dimensioni ridotte in tratti tombati. Studio idraulico 11

16 3. STUDIO IDRAULICO 3.1 Schema idraulico di riferimento Come detto precedentemente, i corsi d acqua oggetto di studio sono il fiume Mingardo (25 km fino alla foce) e il torrente Serrapotamo (4,6 km fino alla confluenza con il fiume Mingardo). Ai fini della modellazione idraulica i corsi d acqua in esame sono stati suddivisi in tronchi idrologicamente omogenei (12 per il Mingardo e 2 per il Serrapotamo). In ciascun tronco la portata è stata ritenuta costante e, cautelativamente, pari a quella relativa alla sezione terminale dello stesso. Lo schema idraulico di riferimento è indicato nella figura riportata in allegato alla presente relazione. 3.2 Portate di piena Per il calcolo delle portate di piena, e come descritto in dettaglio nella relazione idrologica, è stato effettuato un approfondimento allo studio redatto nell ambito del PAI Rischio Alluvioni, utilizzando gli stessi criteri, cioè quelli proposti nel Rapporto VAPI Campania del CNR G.N.D.C.I. In particolare, è sembrato opportuno porre l accento sulla peculiarità dei bacini di interesse, che ha richiesto un approfondimento in termini di valutazione delle caratteristiche di permeabilità. Questo passaggio è stato ritenuto di fondamentale importanza visto l obiettivo che ci si pone di definire in via preliminare le opere di mitigazione del rischio per le aree di interesse. Studio idraulico 12

17 A tal fine, i tecnici dell Autortà di Bacino hanno provveduto, sotto la supervisione ed il controllo del Responsabile Scientifico per gli aspetti geologici e geomorfologici delle attività in oggetto, alla revisione della carta della permeabilità. Tale revisione ha avuto come risultato la redazione di tre differenti carte di base, definite rispetto a tre differenti livelli di permeabilità: minima, media, massima. I calcoli idrologici, sviluppati, come detto innanzi, utilizzando il metodo VAPI, sono stati effettuati in corrispondenza dei valori di permeabilità relativi alle tre ipotesi suddette. Per il prosieguo dello studio si è ritenuto, di concerto con i Responsabili Scientifici, di fare riferimento ai risultati ottenuti utilizzando come dati di base i valori relativi al livello di permeabilità media. Relativamente a tali valori sono state calcolate le portate m(q) (valore medio dei massimi annuali della portata al colmo) e le relative portate di piena per preassegnati periodi di ritorno in corrispondenza di tutte le sezioni idrologiche considerate nel bacino del fiume Mingardo. Successivamente sono state tracciate le curve m(q)-a e u-a (dove u è la portata per unità di superficie). Tali curve sono state utilizzate per una valutazione più attendibile delle portate di piena relativamente a bacini di superficie inferiore a 40 km 2. In definitiva, facendo riferimento alla schema idraulico in allegato, le portate utilizzate sono quelle riportate nelle tabelle che seguono. Studio idraulico 13

18 Tronco Tratto Q 30 Q 100 Q 300 (m 3 /s) (m 3 /s) (m 3 /s) 1 Sezione 139-Sezione Sezione 134-Sezione Sezione 119-Sezione Sezione 108-Sezione Sezione 107-Sezione Sezione 97-Sezione Sezione 94-Sezione Sezione 88-Sezione Sezione 69-Sezione Sezione 63-Sezione Sezione 41-Sezione Sezione 31-Sezione Tabella 1: portate utilizzate nel calcolo idraulico fiume Mingardo Tronco Tratto Q 30 Q 100 Q 300 (m 3 /s) (m 3 /s) (m 3 /s) 1 Sezione 15-Sezione Sezione 13-Sezione Tabella 2: portate utilizzate nel calcolo idraulico Torrente Serrapotamo 3.3 Modelli di calcolo utilizzati Generalità La scelta dei modelli di calcolo da utilizzare per la definizione delle condizioni di moto in alveo e la delimitazione delle aree inondabili è scaturita da una serie di considerazioni, alcune di natura strettamente idraulica, altre legate alle condizioni del corso d acqua e delle aree ad esso limitrofe, attentamente valutate nei numerosi sopralluoghi effettuati. Fondamentalmente, note le aree storicamente inondate in passato, che si concentrano, come detto in premessa, alla confluenza del fiume Mingardo con il Studio idraulico 14

19 torrente Serrapotamo e alla foce del fiume Mingardo, e nota la morfologia dei luoghi e quindi le possibili aree di espansione naturale della piena, sono state effettuate le seguenti considerazioni: 1. Come già detto, l alveo del fiume Mingardo nel tratto indagato è di tipo inciso per i primi 5 km, per poi diventare di tipo alluvionato fino quasi alla foce, in corrispondenza dell attraversamento della EX SS Esso è caratterizzato da una pendenza media del 7 8% per una lunghezza di circa 10 Km da monte fino all area di confluenza con il torrente Serrapotamo. Immediatamente a valle della confluenza, il fiume Mingardo scorre per 8 Km, con pendenza dell ordine del 4 5% in una gola larga mediamente m. Evidentemente lungo tale tratto non è stato possibile nè si è ritenuto utile fare riferimento ad un modello di moto vario, essendo le pendenze molto forti e quindi la laminazione in alveo praticamente nulla su lunghezze così brevi. D altra parte, se si considera l area di laminazione naturale alla confluenza tra fiume Mingardo e il torrente Serrapotamo, si può osservare che: dalle valutazioni idrologiche effettuate, il volume della piena centennale in corrispondenza di detta confluenza risulta essere pari a m 3 ; dalla perimetrazione delle aree inondabili, di cui si dirà in seguito, il volume di laminazione (relativo alle aree classificate come sottofasce B1, B2 e B3) è di circa m 3, pari dunque solo all 1.6% del volume della piena centennale; da una valutazione empirica (formula di Marone: W = [(1-Q max,u /Q max,i )]* W) tale volume di laminazione agisce sulla piena centennale riducendo il picco da 535 m 3 /s a 526 m 3 /s. Studio idraulico 15

20 E dunque evidente che la laminazione che l area di espansione naturale alla confluenza potrebbe esercitare allo stato attuale sulla portata di massima piena è di entità praticamente trascurabile, e rientra nell ordine di grandezza dell errore che si commette nella stima delle portate in idrologia. (Va peraltro considerato che dai calcoli idrologici, la portata di piena centennale a foce Mingardo risulta essere pari a 528 m 3 /s, in quanto il metodo VAPI considera non contribuenti tutte le aree permeabili con bosco, che si trovano a ridosso del corso d acqua tra la confluenza del fiume Mingardo con il torrente Serrapotamo e la foce, soprattutto nella gola immediatamente a monte del ponte della EX SS. 562). Per tutti i motivi sopra elencati si è ritenuto opportuno, per il torrente Serrapotamo e per il fiume Mingardo fino alla foce, fare riferimento ad un modello di moto permanente monodimensionale. 2. La zona di foce del fiume Mingardo è caratterizzata da un alveo incassato che in alcuni tratti, fortemente antropizzati, non consente nemmeno il transito della portata modale, e da aree limitrofe a quota praticamente uguale a quella delle sponde dell alveo. E proprio in tale area che sono concentrate le attività antropiche più importanti, cosa che rende ancora più complesso lo sviluppo di uno studio idraulico. Per tale tratto di foce, unitamente al modello di moto permanente monodimensionale, è stato utilizzato un modello di moto vario bidimensionale, che ha consentito di meglio rappresentare l espansione della piena nelle aree limitrofe al corso d acqua Studio idraulico in moto permanente. Lo studio idraulico in moto permanente ha dunque riguardato: il Torrente Serrapotamo; il fiume Mingardo da monte fino alla foce. Studio idraulico 16

21 Tale studio è stato articolato essenzialmente in tre fasi: 1. caratterizzazione della geometria del corso d acqua e della morfologia delle aree limitrofe ad esso; 2. applicazione del modello idraulico per la simulazione del moto della corrente in alveo e per la valutazione delle caratteristiche idrauliche di tale corrente in corrispondenza delle portate stimate dallo studio idrologico (per T=30, 100 e 300 anni); 3. mappatura delle aree inondabili. In relazione al punto 1 si è ampiamente discusso al capitolo 2. Relativamente al punto 2, è stato utilizzato un modello in cui il moto lungo il corso d acqua è stato schematizzato come monodimensionale, in condizioni di regime permanente, con fondo fisso. Tale modello è implementato nel codice di calcolo sviluppato dall United States Army Corps of Enginnering (USACE), Hydrological Engineering Center (HEC) e denominato River Analysis System (RAS). Il codice rappresenta l ultima evoluzione di una lunga serie di codici della famiglia HEC ed è espressamente dedicato al calcolo di profili idrici in alvei naturali in condizioni di moto permanente e, nell ultima versione, di moto vario. La scelta è stata dettata principalmente dall estrema affidabilità del codice stesso, attestata dalle numerosissime applicazioni effettuate in tutto il mondo. Alla scelta di HEC-RAS hanno, tuttavia, contribuito ulteriori considerazioni. Prima fra tutte la larga disponibilità del codice nell ambito dei tecnici operanti nel settore dell ingegneria idraulica, essenzialmente dovuta alla Studio idraulico 17

22 sua natura freeware. Ciò garantisce la riproducibilità, e dunque la verificabilità, delle elaborazioni presentate con evidenti vantaggi in termini non solo di trasparenza, ma anche di confronto e approfondimento circa i risultati conseguiti. L utilizzo di HEC-RAS ha consentito di determinare, sezione per sezione e per le portate di piena con periodo di ritorno T=30, T=100 e T=300 anni, le caratteristiche della corrente: livello idrico, condizioni di moto, diagramma delle velocità, velocità media, ecc. Per un maggiore dettaglio sulle caratteristiche del modello si rimanda all Appendice 1. Per quanto attiene al punto 3, una delle differenze basilari tra la modellistica relativa al deflusso delle portate di piena negli alvei fluviali e quella relativa ai processi di inondazione consiste nella diversa dimensionalità dei due fenomeni, in quanto il fenomeno di inondazione richiede evidentemente una descrizione bidimensionale. E talvolta possibile però un approccio di tipo semplificato, quando il moto della corrente può essere schematizzato come monodimensionale. Tale argomento sarà trattato al paragrafo che segue Valori del coefficiente di scabrezza. Uno degli aspetti più delicati nell applicazione di un modello certamente la definizione dei coefficienti di scabrezza da utilizzare. è In questo caso specifico, non avendo a disposizione prelievi da alveo che consentissero di definire tali coefficienti, anche se con formule approssimate, si è fatto riferimento ai valori forniti dalla letteratura scientifica (cfr. tabella 3) Studio idraulico 18

23 tenendo conto del tipo di fondo alveo e sponda che caratterizzano il fiume Mingardo ed il torrente Serrapotamo. Descrizione del tipo di materiali n K Coefficiente di Manning (m -1/3 s) Coefficiente di Strickler (m 1/3 s -1 ) Sabbia fine Sabbia e ghiaia Ghiaia grossolana Ciottoli e ghiaia Argilla (coesiva) Argilla friabile (coesiva) Limo e ciottoli (coesivo) Cotici erbosi Talee - Arbusti Copertura diffusa Viminate - Graticciate Ribalta viva GabionMats 0.30m Gabbioni 0.50m Gabbioni 1.00m RipRap ( Pietrame sciolto ) Tabella 3: Coefficienti di scabrezza forniti dalla letteratura scientifica al variare del tipo di materiale Studio idraulico 19

24 Dai sopralluoghi in situ è emerso che il fondo del torrente è caratterizzato da ghiaie molto grossolane miste a ghiaie di dimensioni minori mentre le sponde sono fondamentalmente ricoperte da vegetazione, a tratti molto rigogliosa, con presenza sia di arbusti che di piante ad alto fusto (vedi Figura 1). Pertanto, tenendo conto dei valori riportati nella tabella 3, i coefficienti di scabrezza di Manning da adottare sono per l alveo compresi tra m -1/3 s, mentre per le sponde 0.04 m -1/3 s. A vantaggio di sicurezza sono stati adottati: per l alveo un coefficiente di Manning pari a m -1/3 s corrispondente ad un coefficiente di Strickler pari a 30 m 1/3 s -1 ; per le aree latistanti il torrente un coefficiente di Manning pari 0.05 m -1/3 s corrispondente ad un coefficiente di Strickler pari a 20 m 1/3 s -1. Studio idraulico 20

25 Figura 1 alveo del fiume Mingardo nel tratto di interesse Condizioni al contorno Altro aspetto fondamentale nell applicazione di un modello è rappresentato dalla definizione delle condizioni al contorno. Queste si distinguono in condizioni di tipo esterno e condizioni di tipo interno. Fiume Mingardo Essendo la corrente lenta nel tratto terminale del corso d acqua e veloce nel tratto iniziale, è stato necessario assegnare una condizione al contorno a valle e una a monte (che sono entrambe condizioni di tipo esterno). Studio idraulico 21

26 Per la condizione di valle (sbocco a mare), non si è tenuto conto della possibile interazione con il moto ondoso, assumendo, in assenza di informazioni più precise, un altezza di set-up pari a 0 m s.l.m.m. D altra parte si è visto che una condizione al contorno a valle di 0.3, 0.5 e addirittura 1.0 m s.l.m.m. determina variazioni nel profilo di corrente al più fino al ponte della ex SS. 562, dove la corrente passa per lo stato critico, influenzando quindi solo il tratto per il quale il calcolo definitivo è stato effettuato con modello di moto bidimensionale. Nella sezione di monte è stata invece imposta altezza di stato critico, che è la più gravosa per correnti veloci. Torrente Serrapotamo Per il torrente Serrapotamo nella sezione di monte è stata imposta altezza di stato critico (condizione di tipo esterno), essendo questa la condizione più gravosa per le correnti veloci. La condizione di valle, in corrispondenza della confluenza con il fiume Mingardo, è invece una condizione di tipo interno. Tale condizione è stata risolta mediante l applicazione dell equazione globale. A tal proposito è da notare che la determinazione probabilistica delle portate in una confluenza non rispetta l equazione di continuità; al fine quindi di garantire una corretta risoluzione delle condizioni di moto nelle confluenze, i calcoli sono stati effettuati considerando due distribuzioni di portate. Le due distribuzioni, ciascuna rispettosa della equazione di continuità, sono riportate schematicamente nella figura seguente: Studio idraulico 22

27 Q 1max 1 2 Q 3max -Q 1max Q 3max -Q 2max Q 2max Q 3max Q 3max Figura 2: condizioni al contorno in una confluenza dove, per T=100 anni (ad esempio): Q 3max = Q 100 Mingardo a valle della confluenza; Q 1max = Q 100 Serrapotamo a monte della confluenza; Q 2max = Q 100 Mingardo a monte della confluenza. In pratica nel caso 1 si è ipotizzato che la portata di piena centennale sia dovuta alla piena sul torrente Serrapotamo, nel caso 2 che la stessa sia dovuta alla piena sul fiume Mingardo. Ovviamente, la condizione più gravosa è quella rappresentata dallo schema 1, per il quale risulta h= m s.l.m.m. nella sezione di confluenza. D altra parte considerando nella stessa sezione un tirante pari a quello che si instaura nella sezione di confluenza al transito nel Mingardo della portata centennale, l altezza risulta pari a m s.l.m.m. Studio idraulico 23

28 Pur essendo lo scarto tra i due valori di soli 22 cm, si è stabilito di fare riferimento alla condizione più gravosa Delimitazione delle aree inondabili Come detto per caratterizzare il moto delle portate di piena in alveo, è in genere sufficiente una descrizione di tipo monodimensionale, mentre il fenomeno di inondazione richiederebbe in genere una descrizione bidimensionale. E tuttavia possibile a volte utilizzare una trattazione di tipo semplificato in cui i due fenomeni vengono analizzati in momenti successivi ma facendo riferimento sempre ad uno schema monodimensionale. In una prima fase si determinano i livelli idrici nell alveo con un modello monodimensionale con impedimento di esondazione (cioè con estensione verticale delle sponde della sezione), o meglio, utilizzando sezioni opportunamente estese lateralmente (il che richiede ovviamente una conoscenza approfondita dei possibili fenomeni di piena ed una mediante una preliminare analisi della morfologia dei luoghi). In una seconda fase si estendono le quote idriche alle aree circostanti mediante considerazioni di tipo morfologico, utilizzando come dati topografici di base le sezioni trasversali implementate nel modello idraulico e la cartografia delle aree limitrofe al corso d acqua. Tale procedura fornisce risultati tanto più realistici quanto più i volumi esondabili risultano una frazione modesta dell intero volume di piena e comunque può essere ritenuta valida l ipotesi di monodimensionalità del fenomeno.. Studio idraulico 24

29 3.3.3 Approfondimento dello Studio idraulico della foce (modello bidimensionale). Quando i volumi di esondazione risultano più che significativi alla comprensione del processo di inondazione e le aree limitrofe al corso d acqua molto pianeggianti, è necessario ricorrere a procedure più sofisticate, che modellano l espansione della piena considerando il processo di inondazione come fenomeno bidimensionale. Come detto ai paragrafi precedenti, tale approccio è stato utilizzato per definire le aree inondabili con periodo di ritorno 30, 100 e 300 anni del tratto di foce del fiume Mingardo. La scelta di utilizzare un modello di tipo bidimensionale è stata determinata essenzialmente da due fattori: - la morfologia dei luoghi; - la forte antropizzazione della zona. Dall elaborazione svolta in moto permanente ci si è infatti resi conto che la procedura utilizzata, portava, in una zona essenzialmente pianeggiante, ad una sovrastima delle aree inondabili o comunque ad una approssimativa definizione delle stesse. Al fine quindi, di ottenere risultati più precisi ed attendibili alla scala di riferimento si è utilizzato nel tratto di foce un modello bidimensionale. Nella limitata offerta di codici commerciali presente sul mercato, la scelta è caduta su FLO2D. Si tratta di un modello alle differenze finite, che integra le equazioni del moto vario, mediate sulla verticale, su griglia ortogonale non strutturata. Il modello consente dunque di trattare campi di moto completamente bidimensionali; è inoltre possibile una modellazione di dettaglio di situazioni Studio idraulico 25

30 particolari (per esempio l interazione con rilevati stradali, la presenza di tombini negli stessi ecc.) Dati topografici di base In questo caso i dati topografici di base richiedono una analisi ed una lavorazione più approfondite. In particolare, per modellare nella maniera più corretta possibile (compatibilmente con la scala di riferimento) il corso d acqua e le aree ad esso limitrofe si è proceduto: 1. ad infittire le sezioni trasversali rilevate a terra attraverso una interpolazione delle stesse; 2. ad integrare i dati numerici della cartografia alla scala 1:2.000 con quelli relativi alle sezioni rilevate ed a quelle interpolate; 3. a creare, utilizzando la base di dati così definita, un modello digitale del terreno di maglia 12 m x 12 m Coefficienti di scabrezza Nella modellazione bidimensionale su menzionata, al fine di ottenere valori più realistici possibile, si è deciso di differenziare i valori della scabrezza in funzione delle caratteristiche del terreno. In particolare i valori di K utilizzati sono i seguenti: - 30 m 1/3 s -1 per il letto del fiume; - 15 m 1/3 s -1 per le aree limitrofe prevalentemente agricole o scarsamente urbanizzate; - 10 m 1/3 s -1 o 5 m 1/3 s -1 per le aree limitrofe urbanizzate (in funzione della densità di antropizzazione). Studio idraulico 26

31 In realtà in questi casi è molto difficile, e spesso anche arbitrario, stabilire i corretti valori dei coefficienti di scabrezza, soprattutto quando con essi si vuole tenere conto di situazioni antropiche difficilmente modellabili in altro modo. Peraltro, effettuando una analisi di sensibilità dei risultati del modello, si è visto che sia le aree inondabili che le fasce fluviali restano sostanzialmente le stesse al variare di k entro piccoli range significativi. Questa verifica ha dissipato i dubbi, comunque legittimi, circa la scelta dei valori utilizzati. Il dettaglio dell area oggetto della simulazione in bidimensionale, con i differenti valori di k, è riportato in figura in allegato alla presente relazione Delimitazione delle aree inondabili Il modello applicato consente di stabilire le caratteristiche del moto della corrente per ogni cella del DTM e per ogni istante di tempo di propagazione della piena. I valori di maggiore interesse, e cioè l inviluppo delle massime altezze raggiunte e delle massime velocità, sono riportati nelle figure in allegato per T = 30, 100 e 300 anni. Tali risultati hanno consentito la delimitazione delle aree inondabili relativamente agli stessi periodi di ritorno Dati idrologici di input Trattandosi di modello bidimensionale in moto vario, è ovvio che la Studio idraulico 27

32 portata fornita come input non può più essere un valore costante, ma deve essere un idrogramma di piena in una determinata sezione. Si è dunque fatto riferimento all idrogramma calcolato nella sezione di chiusura idrologica alla foce, essendo questo praticamente uguale a quello calcolato alla sezione di chiusura idrologica in corrispondenza dell attraversamento della ex SS. 562 viene sviluppata la modellazione bidimensionale. In allegato si riporta l idrogramma di piena considerato per T = 30, 100 e 300 anni. 3.4 Risultati dello studio idraulico I risultati dello studio idraulico, redatto secondo l approccio descritto nei paragrafi precedenti, sono sintetizzati nell Allegato A alla presente relazione In particolare, sono riportati: per il fiume Mingardo 1. profilo di corrente in forma grafica (grafico del tratto intero, grafico suddiviso per tratti) - condizioni di moto permanente lungo tutto il tratto in esame (fino alla foce), portate con periodo di ritorno di 30, 100 e 300 anni 2. profilo di corrente in forma tabellare (per tutte le sezioni naturali e tutti gli attraversamenti) - condizioni di moto permanente lungo tutto il tratto in esame (fino alla foce), portate con periodo di ritorno di 30, 100 e 300 anni 3. modello digitale del terreno dell area di foce, con l individuazione dei differenti valori del coefficiente di scabrezza k utilizzato; Studio idraulico 28

33 4. idrogramma di piena per T = 30, 100 e 300 anni calcolato in corrispondenza del bacino con sezione di chiusura alla foce 5. risultati del modello bidimensionale applicato nell area di foce per T=30, 100 e 300 anni inviluppo delle massime altezze raggiunte; per il torrente Serrapotamo 1. profilo di corrente in forma grafica (grafico del tratto intero, grafico suddiviso per tratti) - condizioni di moto permanente lungo tutto il tratto in esame (fino alla confluenza con il fiume Mingardo), portate con periodo di ritorno di 30, 100 e 300 anni 2. profilo di corrente in forma tabellare (per tutte le sezioni naturali e tutti gli attraversamenti) - condizioni di moto permanente lungo tutto il tratto in esame (fino alla confluenza con il fiume Mingardo), portate con periodo di ritorno di 30, 100 e 300 anni In particolare, per quanto riguarda i risultati in forma tabellare relativamente allo studio in moto permanente vengono fornite, per t = 30, 100 e 300 anni, come detto, due differenti tabelle: nella prima, relativa alle sezioni naturali ed eventuali opere idrauliche trasversali in alveo (soglie, salti, briglie), sono riportati: N Riferimento planimetrico; N_HEC Riferimento HEC RAS; L distanza progressiva dalla prima sezione di valle; Q T - portata di calcolo; Y b quota minima di fondo; quota sponda destra; quota sponda sinistra; Y w livello idrico assoluto; Y c livello di stato critico; H carico totale; J m perdita di carico unitaria media; V m velocità media nella sezione; A area sezione bagnata; B larghezza in superficie; Fr numero di Froude della sezione d alveo. Studio idraulico 29

34 nella seconda, relativa agli attraversamenti, sono riportati: N Riferimento planimetrico; N_HEC Riferimento HEC RAS; Q T - portata di calcolo; quota intradosso; Y w livello idrico assoluto; H carico totale;franco rispetto all intradosso. Ovviamente tutte le quote, i livelli idrici ed i carichi idraulici sono misurati rispetto al livello 0.0 m s.l.m.m. I risultati dello studio idraulico sono inoltre riportati nelle corrispondenti Carte delle aree inondabili alla scala 1:2.000 e 1: Studio idraulico 30

35 4. DEFINIZIONE DELLA PERICOLOSITÀ Una volta delimitate le aree inondabili con periodo di ritorno T = 30, 100, 300 anni, è stato possibile definire le zone a diversa pericolosità idraulica secondo le definizioni standardizzate di seguito riportate. 4.1 La regione fluviale La regione fluviale, cioè quella costituita dalle aree interessate dai fenomeni idraulici e influenzata dalle caratteristiche naturalistichepaesaggistiche connesse al corso d acqua, può essere articolata nelle seguenti zone: alveo di piena ordinaria (Demanio Pubblico); alveo di piena standard; aree di espansione naturale della piena; aree ad elementi di interesse naturalistico, paesaggistico, storico, artistico e archeologico. Alveo di piena ordinaria Si intende per alveo di piena ordinaria quella parte della regione fluviale interessata dal deflusso idrico in condizioni di piena ordinaria (corrispondente cioè ad un periodo di ritorno di 2 5 anni). Nel caso di corsi d acqua di pianura, l alveo di piena ordinaria coincide con la savenella; nel caso di alvei alluvionati, esso coincide con il greto attivo, interessato dai canali effimeri in cui defluisce la piena ordinaria. Ai sensi dell art. 822 del Codice Civile, l alveo di piena ordinaria appartiene al Demanio Pubblico. Studio idraulico 31

36 Alveo di piena standard Si definisce alveo di piena standard la parte del fondo valle riservata al libero deflusso di una piena di riferimento (piena standard). Esso non coincide con l alveo di esondazione, cioè con l area che viene sommersa al passaggio di una piena di riferimento, in quanto vengono escluse le aree sommerse che non contribuiscono in modo significativo al deflusso della piena perché la corrente vi assume tiranti idrici modesti e quindi velocità longitudinali trascurabili. Il periodo di ritorno della piena di riferimento deve essere fissato tenendo conto della particolare situazione all esame. L alveo di piena deve essere delimitato sulla base della morfologia del corso d acqua e delle aree inondabili in base ad uno studio idraulico. Nei corsi d acqua incassati di pianura, l alveo di piena sarà formato dalla savenella, o alveo principale, in cui viene generalmente contenuta la piena ordinaria, e dalle fasce di pertinenza nelle piane golenali. Nei corsi d acqua alluvionati pedemontani, l alveo di piena viene assunto come l intero greto attivo, in cui la corrente di piena forma alvei più o meno effimeri che possono spostarsi da una piena all altra anche senza occupare l intera larghezza del greto. La definizione dell alveo di piena rappresenta uno strumento operativo di base per la pianificazione delle aree inondabili. Nell alveo di piena non potrà essere infatti insediata alcuna struttura trasversale che ostacoli il deflusso delle acque, ad eccezione delle opere di difesa idraulica, di utilizzo delle acque, nonché di attraversamento. Aree di espansione naturale della piena Le aree di espansione naturale della piena vengono incluse nelle fasce di pertinenza fluviale nel caso che esse esercitino un significativo effetto di Studio idraulico 32

37 laminazione. Ovviamente l importanza dell effetto di laminazione non può essere valutata per la singola area, ma occorre tenere conto dell insieme complessivo di aree di espansione a monte del tratto fluviale di interesse. Aree ad elementi di interesse naturalistico, paesaggistico, storico, artistico ed archeologico Tali aree comprendono la parte della regione fluviale appartenente alle aree naturali protette (parchi e riserve naturali, nazionali e regionali) in base all art. 2 della legge 349/91 o a leggi regionali, o ad altre aree individuate nei piani paesistici e nei piani di bacino. 4.2 Le fasce di pertinenza fluviale Considerando l importanza delle fasce fluviali per quanto attiene alla ricaduta in termini urbanistici che ne scaturisce, la loro delimitazione è stata effettuata in conformità con quanto verrà detto di seguito, ma facendo attenzione, laddove possibile, a spostare i limiti che le definiscono su limiti fisici (quali strade, scarpate, ecc.) facilmente riconoscibili in sito. Per delimitare le fasce di pertinenza fluviale di un corso d acqua bisogna individuare: l alveo di piena del corso d acqua definito per una piena di riferimento, definita piena standard ; le aree di espansione naturale della piena, che esercitano un significativo effetto di laminazione; le aree protette, di particolare valore naturalistico e ambientale. In quanto segue, si considera come piena standard quella relativa ad un periodo di ritorno di 100 anni, e si individuano tre fasce di pertinenza fluviale. Studio idraulico 33

38 La Fascia A coincide con l alveo di piena, e assicura il libero deflusso della piena standard, di norma assunta a base del dimensionamento delle opere di difesa. Si escludono dall alveo di piena (fascia A) le aree in cui i tiranti idrici siano modesti, in particolare inferiori ad 1 m, garantendo nel contempo il trasporto di almeno l 80% della piena standard. La Fascia B comprende le aree inondabili dalla piena standard, eventualmente contenenti al loro interno sottofasce inondabili con periodo di ritorno T< 100 anni. In particolare possono essere considerate tre sottofasce: la sottofascia B1 è quella compresa tra l alveo di piena e la linea più esterna tra la congiungente i punti in cui il livello d acqua è pari a 30 cm per piene con periodo di ritorno T=30 anni e la congiungente i punti in cui il livello d acqua è pari a 90 cm per piene con periodo di ritorno T=100 anni; la sottofascia B2 è quella compresa fra il limite della Fascia B1 e la congiungente i punti in cui il livello d acqua è pari a 30 cm per piene con periodo di ritorno T=100 anni; la sottofascia B3 è quella compresa fra il limite della Fascia B2 e la congiungente i punti in cui il livello d acqua è pari a 0 cm (limite delle aree inondabili) per piene con periodo di ritorno T=100 anni. In tale fascia dovranno essere prese adeguate misure di salvaguardia per le aree che producono un significativo effetto di laminazione (volume di invaso non trascurabile). La Fascia C è quella compresa tra il limite della sottofascia B3 e il limite delle aree inondabili in riferimento a portate relative a periodo di ritorno di 300 anni oppure alla massima piena storica registrata. Studio idraulico 34

39 4.3 Le fasce di pertinenza fluviale nel bacino del fiume Mingardo Lungo le aste principali indagate, una volta definite le aree inondabili per T = 30, 100 e 300 anni, è stato possibile definire le fasce A e B e le sottofasce B1, B2 e B3. I risultati sono riportati nelle relative Carte delle fasce fluviali alla scala 1:2.000 e 1: Nell area di foce, dove è stato applicato il modello bidimensionale, in realtà non ha più senso parlare di fasce come regioni fluviali caratterizzate da una continuità fisica. In tal caso, sono stati definiti cinque diversi livelli di pericolosità idraulica da P4 a P0. Le aree a pericolosità P3, P2, P1, P0 corrispondono perfettamente alle aree definite come fasce B3, B2, B1 e C. L area a pericolosità P4 viene individuata come quella porzione di territorio nella quale i tiranti idrici sono maggiori di 1 m per piena centennale, ma certamente non può essere assimilata all alveo di piena. Per semplicità di comprensione e di interfaccia con le norme, vale comunque l equivalenza formale: Pericolosità P4 = fascia A; Pericolosità P3 = fascia B1 Pericolosità P2 = fascia B2 Pericolosità P1 = fascia B3 Pericolosità P0 = fascia C Studio idraulico 35