Il deflusso superficiale

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1 Il deflusso superficiale Con il termine di deflusso superficiale si indica la portata d acqua (o il volume in un prefissato periodo di tempo, ovvero altezza di deflusso ragguagliato sul bacino) che defluisce in una sezione dell alveo del corso d acqua (in genere è la sezione di chiusura di un bacino idrografico). Il deflusso superficiale si quantifica, quindi, con: Q(t) è la portata defluente nell alveo della sezione di chiusura del bacino. Ha dimensione [L 3 /T]. Le unità di misura più spesso utilizzate sono i (m 3 /s). t 2 è il volume di deflusso superficiale (nell alveo della sezione di chiusura del D= Q(t) dt t 1 D =D/A b bacino) nell intervallo di tempo da t 1 a t 2. Ha dimensione [L 3 ]. Le unità di misura più utilizzate sono i (m 3 ). è l altezza di deflusso ragguagliato all area A b del bacino. Ha dimensione [L]. Le unità di misura più utilizzate sono i (mm). Valutazione della risorsa: Si utilizza in genere la definizione D, e spesso D. Non ha grande interesse conoscere come Q(t) è distribuita nell intervallo di tempo (mese/stagione/anno). Valutazione delle piene: Ha interesse conoscere l idrogramma, ovvero come Q(t) varia nel tempo durante un evento di piena e, soprattutto, il picco di piena = portata al colmo di piena. 1

2 Misura di portata nella sezione di un corso d acqua Le misure delle portate nelle sezioni dei corsi d acqua vengono effettuate in modo indiretto. Nella sezione si misura, infatti, l altezza idrometrica (del pelo libero dell acqua) rispetto al fondo dell alveo o allo zero idrometrico e si ricava la portata per mezzo di diagrammi costruiti appositamente per ciascuna sezione, che vengono chiamati scala delle portate. La scala delle portate è una curva, riportata in un diagramma, avente in ascissa i valori di portata e nell asse delle ordinate le corrispondenti altezze idrometriche. Quindi, basta misurare le altezze idrometriche per ottenere immediatamente, dalla scala delle portate, il valore di portata corrispondente. N.B.: La relazione portate - altezze idrometriche non è sempre biunivoca. Essa può essere influenzata dalla presenza di rigurgiti e richiami, e dalla condizione di moto non uniforme. Inoltre la conformazione dell alveo e del corso d acqua possono cambiare nel tempo (erosioni, depositi,...) quindi cambia anche nel tempo la scala delle portate. La scala delle portate deve essere ricavata (tarata) con apposite misure per ciascuna sezione di misura. Solo in pochi casi si può ricavare analiticamente con le equazioni dell idraulica: in genere occorre ricavarla sperimentalmente attraverso misure dirette di portata. 2

3 h h 4 h 3 h 2 h 1 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q Sezione e Scala delle portate di un corso d acqua 3

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5 Idrometri e idrometrografi Le altezze idrometriche si misurano mediante gli idrometri e gli idrometrografi: Idrometri: Sono delle aste graduate su cui si possono misurare le altezze idrometriche a partire da uno zero idrometrico fissato. Convenzionalmente a mezzogiorno un operatore legge l altezza sull asta idrometrica e la riporta su un registro. Idrometrografi: Sono degli idrometri registratori. Sono costituiti da un galleggiante collegato a una puleggia a sua volta collegata (eventualmente per il tramite di una ulteriore puleggia) ad un pennino che scrive sul foglio di carta diagrammale. Gli idrometrografi possono misurare il picco di piena (ovvero la portata al colmo di piena). Oggi per lo più registrano su memoria digitale. Idrometri ad ultrasuoni: Installazione in passerella. Misurano l altezza sulla base del tempo impiegato dagli ultrasuoni nel percorso dall apparecchio al pelo libero e ritorno. E necessario proteggere dalla corrente gli idrometrografi (ma anche gli idrometri) con opportune installazioni sia per evitare le eventuali onde che si producono nel canale, sia per proteggerli dagli eventi di piena. Le altezze idrometriche sono misurate rispetto allo zero idrometrico, di cui si conserva la posizione rispetto ai capisaldi, nel caso gli apparecchi siano travolti da un evento di piena. 5

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7 Costruzione della scala delle portate La parte più delicata nella misura delle portate è la costruzione della scala delle portate (relazione tra altezze idrometriche e portata defluente). Le imprecisioni nella costruzione di questo diagramma sono la principale fonte di errori nella misura delle portate. La scala delle portate può essere ricavata: 1) Teoricamente dalle equazioni dell idraulica: Solo in pochi casi questo è possibile, realizzando opere che impongono alla corrente il passaggio per uno stato critico, e pochi altri casi. La scelta della scabrezza che deve essere attribuita nelle equazioni del moto è spesso fonte di incertezza. 2) Sperimentalmente (ossia con misure nella corrente in alveo): E il caso più frequente. Occorre valutare le portate corrispondenti a diversi livelli idrometrici. La scala delle portate si ricava per interpolazione (ed estrapolazione... con problemi connessi) delle coppie di valori portate-altezze ricavati sperimentalmente. La procedura di taratura della scala delle portate è lunga ed onerosa. Le portate si determinano sperimentalmente mediante misura diretta delle velocità della corrente in diversi punti della sezione idrica in cui è installato l idrometro. 7

8 Q= v(s) ds S Misure dirette di portata con mulinello dove: S è la superficie della sezione trasversale della corrente v(s) è la componente di velocità normale all area elementare ds Mulinello: Apparecchio per la misura della velocità (puntuale) della corrente. Ne esistono diversi tipi: principalmente ad asse orizzontale o ad asse verticale. Vengono montati su pertiche o aste per la misura da passerella o da guado, altre volte sono sospesi con un cavo da passerella o ponte. Alcuni mulinelli forniscono direttamente la velocità della corrente v, altri la velocità angolare ω dell elica, da cui si ricava la velocità: v = a+bω La stima della portata richiede la misura della velocità con il mulinello in diversi punti e può avvenire per: 1) Punti discreti: Q = i v i S i, dove le S i sono aree discrete alle quali sono attribuite uguali velocità v i misurate. Ovviamente vale la seguente relazione S = i S i 2) Media nelle verticali: Si misura la velocità con il mulinello lungo verticali di altezza H l e distanti l da una sponda. Con due integrali, si ottiene dapprima la misura delle portate specifiche q(l) per unità di larghezza e quindi la portata totale Q che defluisce nella sezione: H l L q(l)= vdh ; Q= q(l)dl 0 0 Le misure di velocità sono quindi effettuate sulle verticali in l. L integrale in ds per ottenere Q si divide in un integrale in dh lungo la verticale e, successivamente, in un integrale in dl, tra sezioni successive (v. figure seguenti). 8

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