Studio morfodinamico e analisi dei livelli di run-up della spiaggia della Costa Est del Golfo di Follonica

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1 Studio morfodinamico e analisi dei livelli di run-up della spiaggia della Costa Est del Golfo di Follonica Ing. Gianfranco Boninsegni REGIONE TOSCANA Direzione Generale delle Politiche Ambientali, Energia e Cambiamenti Climatici Ufficio Tecnico del Genio Civile di Area Vasta Grosseto-Siena e Opere Marittime Torino, 9-10 Ottobre 2013

2 Golfo di Follonica e spiagge della Costa Est Abitato di Follonica Porto di Piombino Costa Est Marina di Scarlino

3 Caratteri morfologici Ampiezza spiaggia variabile Duna e pineta Duna e pineta Composizione mista Torre del Sale Beach-rock Moli di foce Chiusa della Cornia vecchia

4 Evoluzione storica e dinamiche sedimentarie Ovest Costa Est Abitato di Follonica Est Ovest Est Tra il 1954 e il 1973 si è avuto la perdita di mq di spiaggia, tra il 1973 e il 1984 un incremento di mq e tra il 1984 e il 2005 un nuovo deficit di mq. Lo squilibrio indotto dall insieme di scogliere chiamate Chiusa della Cornia Vecchia a est e dalle scogliere parallele di Baia Toscana, Prato Ranieri, Follonica e Senzuno, ha determinato forti accumuli locali a discapito dei tratti adiacenti. L interpolazione dei punti rappresentativi degli spostamenti della linea di riva dal 1954 al 2005 mette in evidenza un flusso sedimentario da ovest verso est, risultato non solo del trasporto naturale dovuto al moto ondoso ma anche dell azione di richiamo esercitata dalle strutture di difesa di Follonica analisi dei dati Pranzini

5 Dinamiche recenti spiaggia Costa Est Negli ultimi 20 anni il litorale è stato caratterizzato, nel suo insieme, da una relativa stabilità e gli spostamenti della linea di riva più consistenti sono stati indotti dalla diversa distribuzione dei sedimenti innescata dalle varie opere costruite a mare. Negli ultimi due anni la linea di riva delle spiagge della Costa est ha subito spostamenti che rientrano in quella variabilità intrinseca di questo litorale che si sovrappone ai deboli trend di più lungo periodo. Tutto ciò conferma che questo tratto di costa è in sostanziale equilibrio e che occasionali spostamenti della linea di riva, positivi o negativi, in occasione delle mareggiate più significative, vengono successivamente bilanciati da fenomeni opposti. analisi dei dati Pranzini

6 Regime ondametrico WWA 43 N-10 E Periodo WWA: dati simulati da mappe ECMWF calibrati su misure satellitari (DICEA UNIFI, 2011) Settore 250 N -310 N VERIFICA DATI WWA Boa del Giglio WWA 42.5 N-10.5 E Periodo Boa Giglio periodo 01/05/ /09/2011 Settore 120 N N

7 Propagazione moto ondoso a costa Propagazione di 399 combinazioni di Hs e Dir rappresentative del clima medio annuo al largo dei settori di traversia: - 84 comb. da N (45% del clima medio annuo traversia) - 50 comb. da N (35% del clima medio annuo traversia) comb. da N e N (20% del clima medio annuo traversia) D = 25 m D = 1000 m

8 Clima ondametrico sottocosta e rose del trasporto Parametri Litdrift: - rugosity pari a 0.1D50 - Fall Velocity calcolata con legge di Stokes Clima al largo Qs Qs Qs Onde per trasporto solido: Hs=3 m Dir=155 N Hs=2 m Dir=165 N Hs=2 m Dir=185 N Hs=3 m Dir=195 N Hs=2 m Dir=265 N Hs=2 m Dir=265 N e Hs=2 m Dir=215 N

9 Qs [mc/yr] Torino, 9-10 Ottobre 2013 Trasporto solido litoraneo Stima trasporto solido potenziale tramite modulo Litdrift Piombino - W Qs lordo Qs netto Il flusso litoraneo diretto verso Est in quest area trova conferma nell evoluzione della linea di riva e nelle analisi sui vettori di trasporto con il metodo Gao e Collins (Pranzini, 2011) N profili Follonica - E I gradienti del trasporto netto sono compatibili con le variazioni della linea di riva recenti (inferiori a 1 ml/yr)

10 Correnti e capacità di trasporto solido Litorale oggetto di studio suddiviso in 5 aree di circa 2000 m di estensione con Mike 21 HD-FM e ST-FM D=10 m D=25 m Beach-rock D=3 m D=5 m - 10 Multi-beam rilievo 2011 Batimetriche Rilievo Continuità condizioni al contorno laterale flussi e livelli - Nikuradse = 0.01:0.02 m sabbie, 0.5:1 m massi e beach-rock - Manning = 45:40 m^1/3/s sabbie, 30:25 m^1/3/s massi e beach-rock - frangimento: gamma data 0.8 costante, alpha 1 e g=3 - Sediment table Q3D generata con: effetti ripples inclusi bed concentration empirical teoria del moto ondoso Stokes 5 ord. - condizione al contorno Zero sediment flux gradient for outflow, zero bed change for inflow per tutte le boundaries in ST-FM Mappa D50 Dimensioni sedimenti: - Battigia e step con sabbie e ghiaie, variabile a seconda della presenza di opere e beach-rock - Fondali con sabbie fini e molto fini

11 Evoluzione fondale a scala di mareggiata Boa del Giglio: 82 mareggiate registrate in 2.3 anni, di cui 47 dal settore N pari a 20 eventi ad anno Perelli Mortelliccio Carbonifera MIKE 21 SW onde correnti livelli fondale MIKE 21 HD-FM onde fondale correnti MIKE 21 ST-FM Hmax [m] Durata [h] Freq media annua Dir media [ N] Inizio Fine ' :09 ' : ' :15 ' : ' :54 ' :24 Mareggiate significative per la dinamica litoranea del Golfo di Follonica (analisi DICEA UNIFI, 2011) dati boa del Giglio

12 Calcolo Qs lungo 11 profili Analisi trasporto solido H-10=1.30 m D-10=182 N f = 4.5 % - 3 Calcolo frequenza media annua di ciascuna condizione d onda studiata in base a caratteristiche sottocosta (-7). Calcolo Qs annua equivalente di ciascuna condizione d onda. H-10=2.30 m D-10=190 N f = 0.5 % H-10=1.10 m D-10=202 N f = 3.5 %

13 Qs [mc/yr] Torino, 9-10 Ottobre 2013 Aggiornamento trasporto solido litoraneo da studio 2D Flusso da rivalutare in funzione delle opere di difesa dell abitato di Follonica Trasporto solido longshore onde analizzate In generale, è stato confermato il trend evidenziato con l approccio 1-D del Litdrift. I valori del trasporto solido litoraneo netto sono leggermente superiori rispetto a quelli stimati in precedenza A B C D E F G H I L M Qs netto I gradienti del trasporto netto rimangono compatibili con le variazioni della linea di riva recenti (inferiori a 1 ml/yr) profili

14 Effetti della beach-rock - 1 Modifica locale del regime delle correnti in maniera diversa a seconda della morfologia dell affioramento H-7=1.1 m D-7=186 N H-7=1.10 m D-7=200 N H-7=1.10 m D-7=200 N H-7=1.1 m D-7=186 N

15 Effetti della beach-rock - 2 Perdita di sedimenti dalla zona protetta per effetto delle correnti laterali ed accumulo sul lato offshore della beach-rock T= 6 h T= 6 h Flusso di sedimenti tra i varchi presenti ma anche tendenza all accumulo nelle zone protette T= 24 h T= 24 h

16 Effetti delle opere presenti - 1 I moli di foce modificano localmente il regime delle correnti senza però interrompere completamente il trasporto solido litoraneo. H-7=1.65 m D-7=187 N H-7=1.65 m D-7=187 N T= 24 h Tendenza all insabbiamento della foce del fosso ed accumulo (asimmetrico) dei sedimenti alla radice dei moli

17 Effetti delle opere presenti - 2 H-7=1.65 m D-7=180 N H-7=2.30 m D-7=184 N H-7=1.65 m D-7=180 N H-7=2.30 m D-7=184 N Le opere portuali di Torre del Sale interrompono completamente il trasporto solido litoraneo in caso di onde medie e lasciano passare le sabbie solo per le onde più alte.

18 Risalita del moto ondoso Spiagge della Costa Est caratterizzate da ampiezze e quota contenute, frequenti episodi di risalita del moto ondoso fino alla pineta ed alle strutture retrostanti. Episodio recente con forti risalite del moto ondoso : mareggiata febbraio 2010 Principali caratteristiche dell evento: durata (Hs>1.5 m) 33 ore (dati boa Giglio); direzione media di provenienza 190 N (dati boa Giglio); istante di picco: alle 19:49 con Hs=5.1 m e D=229 N (dati boa Giglio); dalle 18:17 alle 20:50 del Hs>3.6 m (dati boa Giglio), pressione atmosferica: minimo pari a 987 HPa tra le 16 e le 17 del (Stazione Lamma Follonica); velocità vento: superiore a 10 m/s con direzione da 180 N dalle 14 alle 17 del (Stazione Lamma Follonica); sovralzo marino: valore massimo presunto alle 20 del variabile tra 0.38 m (Mareografo Civitavecchia) e 0.52 m (Mareografo Livorno). Fonte foto:

19 Scenari di studio del run-up -1 A) Scenari relativi al solo moto ondoso (Hs con Tr variabile e liv=0) - Scenario 1: Hs con Tr 1 anno; - Scenario 2: Hs con Tr 2 anni; - Scenario 3: Hs con Tr 5 anni; - Scenario 4: Hs con Tr 10 anni; - Scenario 5: Hs con Tr 20 anni; Altezze d onda [m] WWA Tempo di ritorno [anni] Analisi statistica valori estremi DICEA UNIFI, 2011 Dati WWA

20 Hpa Torino, 9-10 Ottobre 2013 Scenari di studio del run-up -2 B) Scenari relativi all azione concomitante del moto ondoso e del sovralzo: Massimi valori marea astronomica 2012 (dati SMN ISPRA): Livorno 0.20 m, Civitavecchia 0.22 m Minimi mensili della pressione atmosferica Dati LAMMA Staz. / Tr Piombino [Hpa] Follonica [Hpa] Bassa pressione al variare di Tr Minimi Patm Piombino Minimi Patm Follonica 965 nov-04 mar-06 ago-07 dic-08 mag-10 Staz. / Tr Piombino [m] Follonica [m] Sovralzo per bassa pressione al variare di Tr - Scenario 6: Hs con Tr< 1 anno e marea astronomica (Hs=3 m e liv= m); - Scenario 7: Hs con Tr 1 anno e marea astronomica + bassa pressione con Tr 1 anno (Hs=3.6 m e liv= m); - Scenario 8: Hs con Tr 2 anni e marea astronomica + bassa pressione con Tr 1 anno (Hs=4.1 m e liv= m); - Scenario 9: Hs con Tr 10 anni e marea astronomica + bassa pressione con Tr 1 anno (Hs=5.2 m e liv=+0.45 m).

21 Simulazione del run-up La simulazione dei fenomeni di risalita del moto ondoso è stata eseguita tramite il modulo Mike 21 BW utilizzando l approccio 1-D. Le caratteristiche del moto ondoso sono state estratte dai risultati di Mike 21 SW in corrispondenza di ciascun profilo e reintrodotte nel Mike 21 BW come condizione d onda 1-D irregolare (spettro Jonswap). La batimetria di ciascun profilo è stata generale come mesh a risoluzione variabile (tra 2 e m) in funzione della lunghezza d onda. Sono stati adottati i seguenti parametri di calibrazione: scabrezza del fondale con Manning=45-40 m^1/3/s sabbie, m^1/3/s beach-rock; filtro a partire dalla profondità di 3 m; frangimento con Type 1 of roller celerity; moving shoreline attivato con profondità slot pari a -4 e ampiezza pari a 0.005m; strato di sponge ai due estremi del profilo. La durata della simulazione di ciascun evento è stata pari a 1 ora con time step s.

22 Analisi dei risultati e dei livelli del run-up Hmax Ru max 1.35 m Hs Ru 5% 1.20 m mwl Ru 10% 0.94 m Profilo 72 Run-up verticale Profilo 72 Ru 50% 0.46 m Hs Hmax mwl Profilo 110 Run-up verticale Profilo 110

23 Run-up / Quota max profilo Torino, 9-10 Ottobre 2013 Risultati run-up scenari solo moto ondoso Profilo 128 Profilo 110 Profilo 105 Profilo 95 Profilo 83 Profilo 72 Profilo 57 Quota max 1.78 m 1.45 m 1.73 m 1.08 m 1.63 m 1.52 m 2.71 m L spiaggia emersa 29.0 m 15.6 m 19.8 m 16.9 m 25.5 m 21.2 m 26.4 m Profilo 128 Profilo 110 Profilo 105 Profilo 95 Profilo 83 Profilo 72 Profilo 57 10% 5% max 10% 5% max 10% 5% max 10% 5% max 10% 5% max Hs 1yr Hs 2yr Hs 5yr Hs 10yr Hs 20yr

24 Run-up / Quota max profilo Torino, 9-10 Ottobre 2013 Risultati run-up scenari onde + sovralzo Profilo 128 Profilo 110 Profilo 105 Profilo 95 Profilo 83 Profilo 72 Profilo 57 Quota max 1.78 m 1.45 m 1.73 m 1.08 m 1.63 m 1.52 m 2.71 m L spiaggia emersa 29.0 m 15.6 m 19.8 m 16.9 m 25.5 m 21.2 m 26.4 m Profilo 128 Profilo 110 Profilo 105 Profilo 95 Profilo 83 Profilo 72 Profilo 57 10% 5% max 10% 5% max 10% 5% max 10% 5% max Hs<1yr liv=+0.21 Hs 1yr liv=+0.45 Hs 2yr liv=+0.45 Hs 10yr liv=+0.45 Evento febbraio 2010

25 Lo studio morfodinamico condotto ha indicato: Conclusioni la presenza di un flusso litoraneo prevalente diretto da ovest verso est (verso le aree maggiormente protette da opere) di entità modesta, compatibile con le ridotte variazioni recenti della linea di riva; l esistenza di alcune criticità locali dovute alle interazioni con il moto ondoso incidente delle opere artificiali presenti (opere portuali e moli di foce) e degli affioramenti di beach-rock. L analisi dei livelli di run-up ha evidenziato che: in condizioni ordinarie (Hs con Tr 1 anno e livello marino a s.l.m.m.) le spiagge della Costa Est hanno ampiezza e quota sufficiente per contenere la risalita del moto ondoso; in caso di eventi con Tr > 1 anno e in presenza di condizioni medie del livello marino, le onde più alte delle mareggiate possono sormontare numerosi tratti di spiaggia; in condizioni di sovralzo rilevante (livello marino a s.l.m.m.) vi è un forte aggravio di rischio: i casi di sormonto si verificano anche per eventi con Tr 1 anno ed aumenta il volume di tracimazione; l unico dei profili analizzati a non essere sormontato nei vari scenari è caratterizzato da una quota massima di 2.7 m, valore che può essere ritenuto la quota di sicurezza (per gli scenari considerati) delle spiagge della Costa Est nei confronti della risalita del moto ondoso.

26 Thank you Ing. Gianfranco Boninsegni Torino, 9-10 Ottobre 2013