LA MODELLAZIONE MORFODINAMICA PER LA GESTIONE DEI CORSI D ACQUA

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1 DICCA di Ingegneria Civile, Chimica e Ambientale. Università di Genova LA MODELLAZIONE MORFODINAMICA PER LA GESTIONE DEI CORSI D ACQUA M. Bolla Pittaluga & G. Seminara Convegno ARPAL Simulare Conviene! Genova, 22 Maggio 2013

2 La Morfodinamica Fluviale Ø La morfodinamica fluviale studia l asse4o al5metrico e planimetrico degli alvei fluviali, le loro configurazioni di equilibrio e la risposta del corso d acqua a perturbazioni di tali configurazioni, siano esse dovute a fenomeni naturali o ad antropici. Tanaro (Alba) Tanaro (Barbaresco) M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

3 I Modelli della Morfodinamica Fluviale INFORMAZIONI POSSIBILI: Ø I MODELLI MONODIMENSIONALI (1D) Determinazione dell evoluzione del profilo del FONDO MEDIO del corso d acqua al variare delle condizioni al contorno: ü variazione degli solidi/liquidi (costruzione di invasi, opere di derivazione, ). ü variazioni di geometria dell alveo ); ü variazione del livello della superficie libera o del fondo. INFORMAZIONI NON POSSIBILI: Ø AsseRo trasversale del fondo indoro dalla curvatura dell asse della corrente o dalla propagazione di forme di fondo di grande scala (barre); Ø Predizione dell degli scavi e indoz da fenomeni (pile di pennelli trasversali, ecc ). M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

4 I Modelli della Morfodinamica Fluviale INFORMAZIONI POSSIBILI: Ø I MODELLI BI e TRI DIMENSIONALI (2D e 3D) Determinazione delle perturbazioni della topografia, trasversale e longitudinale del fondo (scavi e dovute a: ü INSTABILITA del FONDO: Formazione di megaforme di fondo (barre ü EFFETTI FORZANTI lega5 alla GEOMETRIA: Formazione di barre forzate dovute alla curvatura dell asse dell alveo. ü FENOMENI LOCALIZZATI: erosione intorno a pile di erosione a valle di platee. M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

5 Formulazione del Problema della Morfodinamica Fluviale FORMULAZIONE DEL MODELLO MONODIMENSIONALE (1D) Ø Variabili x coordinata longitudinale t tempo Ø Funzioni incognite: Ω area della sezione trasversale Q portata liquida η quota del fondo z golena alveo inciso golena Ω Y h ζ f η y x M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

6 Formulazione del Problema della Morfodinamica Fluviale FORMULAZIONE DEL MODELLO MONODIMENSIONALE (1D) Ø Variabili x coordinata longitudinale t tempo Ø Funzioni incognite: Ω area della sezione trasversale Q portata liquida η quota del fondo Ø Ø Equazioni di bilancio: Ω Q + = t x 2 Q Q + h + β gω + t x Ω x η Qs ( 1 p ) bf + = qs t x q Q ΩC Condizioni al contorno + relazione di chiusura per la portata solida Q s 2 2 R = q l Q Ω fase liquida) (Principio di moto) fase solida) M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

7 AsseRo di Equilibrio del Fondo nei Corsi d Acqua Naturali Ω t Q + x CONFIGURAZIONI DI EQUILIBRIO MORFODINAMICO = η t q L Equilibrio implica Equazione di 1D della fase fluida Q x s ( 1 p ) bf + = qs Senza laterali Equazione di 1D della fase solida (Exner) Senza laterali t dq dx dq s dx = 0 = 0 = 0 Q=costante Q s =costante Principio della di moto Q t Moto stazionario 2 Q + x Ω Q=cost + h gω x Q + ΩC 2 2 R = q l Q Ω Senza laterali 2 2 d Q Q h = = j dx + g Ω Ω C Rg Q = ΩC Rgj Moto uniforme 2 M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

8 AsseRo di Equilibrio del Fondo nei Corsi d Acqua Naturali RESTRINGIMENTO in CORRENTE LENTA (Fr = 0.45) erosione b 0 PLANIMETRIA M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

9 AsseRo di Equilibrio del Fondo nei Corsi d Acqua Naturali ALLARGAMENTO in CORRENTE LENTA (Fr = 0.45) deposito b 0 PLANIMETRIA M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

10 AsseRo di Equilibrio del Fondo nei Corsi d Acqua Naturali RESTRINGIMENTO in CORRENTE VELOCE (Fr = 1.65) erosione b 0 PLANIMETRIA M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

11 AsseRo di Equilibrio del Fondo nei Corsi d Acqua Naturali ALLARGAMENTO in CORRENTE VELOCE (Fr = 1.65) deposito b 0 PLANIMETRIA M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

12 La foce del Magra Ponte della Colombiera M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

13 Le osservazioni di campo: rilievi Sbocco a mare Ponte Colombiera Flusso M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

14 AsseRo di Equilibrio del Fondo nei Corsi d Acqua Naturali Si può parlare di asse&o di equilibrio del profilo del fondo medio di un corso d acqua? Se la portata del corso d acqua fosse costante nel tempo, allora esisterebbe un assero di equilibrio del profilo del fondo medio M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

15 Profili di equilibrio per diverse portate nel traro terminale del Fiume Magra con il rilievo del Sbocco a mare Ponte Colombiera Portata Q Flusso M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

16 Dunque: il profilo del fondo medio sarebbe di equilibrio per una portata bassa: intorno a m 3 /s Scenario suggerito da il fondo flurua intorno ad un assero di equilibrio determinato dalle basse portate, approfondendosi nel corso delle piene e lentamente un assero prossimo a quello iniziale negli intervalli fra piene successive. Tale scenario risulta confermato da simulazioni numeriche a fondo mobile

17 AVVIA FILMATO

18 Cosa sarebbe successo se nel 2003 fosse stato efferuato l intero piano di dragaggi? Ci sarebbero vantaggi per le piene di anni?

19 AVVIA FILMATO

20 Evoluzione temporale dei volumi o erosi nel traro focivo del Magra a dalla configurazione 2003 * Rilievi sperimentali Simulazione numerica a fondo mobile con configurazione iniziale: rilievo 2003 con dragaggio di m 3 Simulazione numerica a fondo mobile con configurazione iniziale: rilievo 2003

21 E se l assero dragato fosse stato mantenuto arraverso dragaggi? Ci sarebbero vantaggi per le piene degli anni?

22 fondate su simulazioni a fondo mobile Flusso M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

23 Il Torrente Armea Flusso AVVIA FILMATO PLANIMETRIA M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

24 Il Torrente Armea Flusso PLANIMETRIA M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

25 EffeZ morfodinamici sulla delle portate nei corsi d acqua naturali

26 EffeZ morfodinamici sulle scale di deflusso Scala di deflusso: relazione tra misura una grandezza (es. portata Q) e una grandezza geometrica (es. livello h) Ø Moto stazionario e uniforme Ø Moto stazionario (Fondo fisso) Ø Moto vario (Fondo fisso): cappio di piena m Q = kh Equazione dei profili di rigurgito M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

27 EffeZ morfodinamici sulle scale di deflusso Ø Moto vario (Fondo mobile): cappio di fondo Scala idrodinamica T Q T Scala morfologica T m T m ( p) 1 q a) T << T m (evento di piena molto rapido): il fondo non si modifica sensibilmente durante l evento di piena t b) T >> T m (evento di piena molto lungo): il fondo si modifica durante l evento di piena adarandosi in condizioni di quasi equilibrio all idrodinamica locale c) T ~ T m : il fondo evolve durante la piena in condizioni di non- equilibrio s YL M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

28 L evento del 25 Ottobre 2011 Livelli idrometrici 5 km Aulella Terrarossa Aulla Villafranca FilaZera Pontremoli Santo Stefano Magra Ceparana Magra M. Bolla Pittaluga - Università di Genova (DICCA) Vara Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

29 Idrometro Calamazza XXXIII Convegno di Idraulica e Costruzioni

30 L evento del 25 Ottobre 2011 Livelli idrometrici? Calamazza ore 18:00 5 km Villafranca Aulla Aulella Terrarossa FilaZera Santo Stefano Magra Magra Pontremoli Vara M. Bolla Pittaluga - Università di Genova (DICCA) Ceparana Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

31 EffeZ morfodinamici sulle scale di deflusso ΔQ 1 ΔQ 2 M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

32 EffeZ morfodinamici sulle scale di deflusso ΔQ 1 ΔQ 2 M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

33 EffeZ morfodinamici sulle scale di deflusso M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

34 Applicazione alla foce del Magra (Modello 3D) m Rilievo topografico (2003) M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Modello 3D semi- (Luchi et al. 2012) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

35 GRAZIE PER L ATTENZIONE M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

36 Quali portate prevede il Piano di Bacino nel traro focivo? Alla Colombiera: Q 30 = m 3 /s Q 200 = m 3 /s Le piene del Fiume Magra (dal 2003) gennaio 2009 ~ 3550 m 3 /s T < 30 anni dicembre 2009 ~ 4050 m 3 /s T ~ 30 anni 1 novembre 2010 ~ 2750 m 3 /s T << 30 anni 25 ottobre 2011 ~ 5100 m 3 /s T ~ 100 anni

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38 TRATTO A MONTE PONTE COLOMBIERA Volume = m 3 TRATTO A VALLE PONTE COLOMBIERA

39 fondate su simulazioni idrodinamiche a fondo fisso Flusso Sbocco a mare M. Bolla PiRaluga - Università di Genova (DICCA) Convegno ARPAL - Genova, 22 Maggio 2013

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