COMUNE DI CAPOTERRA Provincia di Cagliari

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1 COMUNE DI CAPOTERRA Provincia di Cagliari PIANO URBANISTICO COMUNALE Studio di Compatibilità Idraulica Parte Seconda - IDRAULICA AMMINISTRAZIONE IL SINDACO: Francesco Dessì L ASSESSORE ALL URBANISTICA Veronica Pinna IL RESPONSABILE DEL SETTORE URBANISTICA ED EDILIZIA PRIVATA Fabrizio Porcedda Ingegnere PROFESSIONISTA CONSULENTE Saverio Liberatore Ingegnere Idraulico RELAZIONE DELLO STUDIO IDROLOGICO E IDRAULICO Data Revisione n Data Revisione Agosto Ottobre 2011 Elaborato H1.2 Allegato n... alla Delibera... n... del...

2 Relazione dello studio Idrologico e Idraulico

3 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra SOMMARIO RELAZIONE DELLO STUDIO IDROLOGICO AREE OGGETTO DI INDAGINE Dati disponibili Elaborazioni contenute nella presente relazione IDROLOGIA DEL TERRITORIO DI CAPOTERRA USO DEL SUOLO METODOLOGIA APPLICATA Analisi geomorfologica Curve di possibilità pluviometrica Altri parametri Determinazione della portata di piena BACINI IDROGRAFICI Premessa Bacino del rio Santa Lucia Bacino idrografico del rio Mason'e Ollastu Bacino del rio S Acqua Tomasu Canale di guardia S. Rosa Canale Baccu Tinghinu Canale Liori Bacino idrografico del canale Mangioi Bacino del Rio de Is Coddus Bacino rio Monte Nieddu CALCOLO DELLE PORTATE DI PIENA Rio Santa Lucia Canale di guardia S. Rosa S Acqua Tomasu Bacini urbani: canale Liori e canale mangioi Baccu Tinghinu Rio Is Coddus Rio Mason'e Ollastu Rio Monte Nieddu Considerazioni circa le portate adottate nello studio idrologico RELAZIONE DELLO STUDIO IDRAULICO STUDIO DI SIMULAZIONE IDRAULICA Oggetto delle simulazioni I modelli utilizzati Dati geometrici e idraulici Condizioni al contorno Studio di simulazione idraulica RISULTATI DELLO STUDIO DI SIMULAZIONE IDRAULICA Rio Santa Lucia Rio s Acqua Tomasu Canale di Guardia S. Rosa Canali interni: canale Liori Canale Mangioi Analisi Idraulica Modello di propagazione della zona tra la via Diaz e la via Cagliari Modello di propagazione della zona della via Machiavelli

4 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico 8.6. Baccu Tinghinu Rio Mason'e Ollastu Rio Monte Nieddu CONCLUSIONI

5 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra Relazione dello studio idrologico 4

6 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico PREMESSA La presente relazione di studio idrologico e idraulico contiene la rassegna e l approfondimento dei quegli aspetti legati alla pericolosità idraulica dei corsi d acqua che interessano il comune di Capoterra. Come riportate nella relazione di Compatibilità idraulica (allegato H1), il territorio è stato oggetto di molteplici studi e progettazioni i cui risultati sono considerati patrimonio conoscitivo imprescindibile dello studio di Compatibilità Idraulica, acquisendone i contenuti ancora attuali o attualizzandoli rispetto alle modificazioni del territorio nel frattempo intervenute (variazione della coperture dei suoli, interventi, studi di approfondimento e aggiornamento etc). Pertanto, nella relazione vengono approfonditi aspetti non considerati negli studi temporalmente antecedenti che hanno riguardato il territorio comunale negli ultimi anni, soprattutto a seguito della tragica sequenza di eventi estremi che hanno caratterizzato l ultimo decennio. Con riferimento alla ripartizione dei bacini idrografici della quale si è già riferito nell allegato H1, sono stati acquisiti e considerati gli studi precedenti e, in una fase successiva all acquisizione di tutti gli studi disponibili, sono state effettuate le verifiche ricercando eventuali modificazioni del territorio nel frattempo intervenute che determinino alterazioni sul processo di trasformazione afflusso deflusso come le trasformazioni urbanistiche dei luoghi, modificazioni della rete di raccolta o del corpo idrico recettore, intese come verifica della permanenza della condizione idraulica di valle assunta nelle fasi di simulazione idraulica dei canali. Le procedure utilizzate per l indagine sono quelle ampiamente documentate nelle Linee Guida del PAI (R.A.S., 2000) alle quali viene fatto esplicito riferimento. 5

7 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra 1. AREE OGGETTO DI INDAGINE Date le finalità che si propone la presente relazione idrologica, che è allegata agli studi di compatibilità idraulica del PUC, l oggetto degli approfondimenti sui caratteri idrologici riguarderà l intero territorio comunale, quest ultimo considerato ripartito nei principali bacini idrografici che sono stati presi a riferimento per le argomentazioni trattate, così come riportato nell allegata relazione sulla Pericolosità idraulica del territorio di Capoterra (relazione H1). Come già esposto nell allegato, i principali bacini individuati nel territorio comunale sono i seguenti: Stagno di Cagliari (o di Capoterra); Bacino del rio Santa Lucia; Bacino del rio S. Gerolamo e Mason e Ollastu; Bacino del rio Monte Nieddu (territorio di Capoterra : Canale de su Scanduiu ; Bacini minori costieri. Considerando che si tratta di una analisi eseguita a scala comunale, alcuni dei bacini citati ricadono solo in piccola parte nel perimetro amministrativo, mentre per altri si ha che lo spartiacque naturale coincide per lunghi tratti con il suddetto limite. Lo Stagno di Capoterra non possiede alimentazioni da bacini idrografici che contribuiscono modificando sensibilmente i livelli idrici poiché questi sono regolati da una rete di canali che smorzano l eventuale piena. Dal punto di vista idraulico, diversa potenzialità è esprimibile dal bacino del rio di Santa Lucia il quale possiede la foce in una porzione dello stagno di Capoterra, da quale poi mediante due bocche a mare i deflussi confluiscono nel mare del Golfo. Considerata la sezione di chiusura in corrispondenza delle foci nell arenile, il perimetro del bacino sotteso ricadente nel territorio comunale ricalca l area di studio del PAI di Capoterra aggiornato al Come citato in premessa, nel 2009 sono stati effettuati studi conoscitivi riguardanti la fenomenologia e gli effetti sull area urbana di Capoterra e sulle zone limitrofe, legati all'evento alluvionale del 22 ottobre 2008 che hanno consentito di ricostruire la perimetrazione delle aree vulnerate al fine di pervenire alla mappatura delle aree di esondazione per quell evento. Anche quest ultimo studio ha come oggetto l area del sottobacino idrografico di sponda destra del rio S. Lucia chiuso alla sezione di foce. All interno del sottobacino medesimo sono individuabili i seguenti bacini minori, tutti affluenti del S. Lucia, alcuni dei quali si alimentano oramai 6

8 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico esclusivamente nel perimetro urbano. In particolare si possono individuare i seguenti maggiori compluvi: a) rio Acqua e Tomasu (comprendendo anche il bacino del canale di guardia Santa Rosa); b) Bacino urbano con il Rio (o canale) Liori e i collettori principali facenti capo al canale Mangioi; c) Canale di guardia "Santa Rosa"; d) Canale "Baccu Tinghinu"; e) Rio de Is Coddus; Il bacino del rio S. Gerolamo e del Mason e Ollastu, considerato che attualmente presentano una foce unica nel golfo, comprende un area che ricade completamente nel territorio di Capoterra e possiede una rete di drenaggio caratterizzata interamente dai due principali corpi idrici: f) rio San Gerolamo g) rio Mason e Ollastu Il bacino del rio di Monte Nieddu è l ultimo bacino di relativa estensione dell elenco precedente e l unico a non avere la foce sul golfo; esso è alimentato dai deflussi del versante di sud occidentale e nella parte più montana l asta di drenaggio principale assume la denominazione di Canali de su Scanduiu, per la porzione di asta fluviale in territorio di Capoterra. L asta fluviale studiata nel seguito sarà denominata: h) rio di Monte Nieddu (Canali de su Scanduiu). 7

9 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra STAGNO DI CAPOTERRA SANTA LUCIA S. GEROLAMO MASON E OLLASTU MONTE NIEDDU Figura 1 Principali bacini idrografici individuabili nel territorio comunale DATI DISPONIBILI Rispetto all esigenza di raccogliere elementi di conoscenza sulla funzionalità idraulica delle rete idrografica cartografata, è stata effettuata una valutazione del materiale già a disposizione, considerando la disponibilità degli studi di cui si è detto, purché ufficializzati con atto formale di adozione o approvazione da parte dell Autorità Idraulica o da parte dell Amministrazione Comunale per tutti gli aspetti conoscitivi del territorio, acquisendo i risultati delle elaborazioni ivi contenute in quanto pertinenti all oggetto e agli scopi della presente relazione. Per il bacino del rio Santa Lucia, per l asta principale del rio è disponibile lo studio relativo al Piano Stralcio delle Fasce Fluviali (PSFF), mentre per i bacini tributari che interessano il comune di Capoterra è stata effettuata nel 2006 e nel 2009 la revisione delle aree a pericolosità idraulica per alcuni sottobacini, a seguito della realizzazione delle opere di salvaguardia. Inoltre, sono stati acquisiti i risultati dell analisi conoscitiva effettuata successivamente all alluvione del Pertanto, riguardo ai sottobacini del rio di Santa Lucia, si hanno a disposizione i dati morfometrici e idrologici utilizzati in quelle elaborazioni. 8

10 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico Per il bacino del rio San Gerolamo sono disponibili i risultati dello studio denominato Analisi dell'assetto fisico del Rio San Gerolamo Mason e Ollastu a seguito dell'evento di piena del 22 Ottobre 2008 Rivisitazione e Integrazione dello studio denominato Piano Stralcio delle Fasce Fluviali, per la verifica delle delimitazioni delle fasce fluviali e per l'individuazione delle prime necessarie azioni (opere, vincoli e direttive), per il conseguimento di un assetto del corso d'acqua compatibile con la sicurezza idraulica del territorio e la salvaguardia delle componenti naturali e ambientali, il quale studio ripercorre le elaborazioni idrologiche e idrauliche sia al fine di ricostruire l evento del 2008, sia per aggiornare l idrologia della zona e indicare preliminarmente le opere necessarie alla messa in sicurezza ELABORAZIONI CONTENUTE NELLA PRESENTE RELAZIONE Nell obbiettivo di acquisire tutti gli elementi conoscitivi utili all analisi idrologica e idraulica, considerato che gli studi già effettuati non coprono l estensione dell intero territorio comunale, emerge l esigenza di effettuare analisi integrative in modo da completare il quadro complessivo degli elementi di pericolosità idraulica eventualmente presenti. L'analisi è stata comunque estesa a tutti i principali bacini del territorio comunale di Capoterra e, in particolare alle seguenti aste idrografiche rio Santa Lucia rio Acqua e Tomasu canale di guardia Santa Rosa; rio (o canale) Liori; rio (o canale) Mangioi; canale Baccu Tinghinu; rio de Sa e is Coddus; rio San Gerolamo; rio Mason'e Ollastu; rio di Monte Nieddu. 9

11 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra 2. IDROLOGIA DEL TERRITORIO DI CAPOTERRA L allegato Linee Guida del PAI riporta, tra le metodologie applicate per la determinazione delle pioggia di progetto la possibilità di utilizzare, quale metodo indiretto, le elaborazioni statistiche CNR VAPI basate sulla distribuzione TCEV 1 con curve di possibilità pluviometrica espresse in forma h(t,t)=a t n nella quale i parametri a ed n sono dati dalle espressioni contenuti nella tabella seguente che riporta la Tab. 8 delle citate Linee Guida. Le curve di possibilità pluviometrica come richiamate nelle Linee Guida sono state applicate per la verifica idraulica negli studi di aggiornamento delle aree a pericolosità nelle molteplici revisioni del PAI di Capoterra. Tabella 1 Coefficienti delle curve di possibilità pluviometrica (CNR VAPI, 2000) applicabili a qualunque località dell isola per la corrispondente sottozona, assegnato il tempo di ritorno e la durata della precipitazione Come più volte riferito, lo studio sull evento del 2008 sul rio San Gerolamo (nel seguito indicato come SRSG, 2010) contiene una serie di elaborazioni idrologiche finalizzate alla ridefinizione locale delle curve di possibilità climatica (o pluviometrica, CPP) valide per l area di influenza, che utilizzano le serie storiche disponibili per le stazioni di misura di Capoterra, Is Cannoneris, Pixinamanna e Pula integrate con i pluviogrammi registrati dagli strumenti di misura nel periodo Per la stazione di Capoterra, non essendo disponibili dati di precipitazione intensa precedenti il 1988, la serie di durata da 1 a 24 ore è limitata a 18 anni utili di osservazioni, mentre per la medesima stazione è disponibile una serie di 75 anni riguardanti i massimi delle piogge giornaliere. Dall esame dei dati disponibili sono stati individuati i valori massimi annuali delle precipitazioni giornaliere e di quelle di breve 1 Sechi GM, Pira E., Deidda R. Analisi regionale di frequenza delle precipitazione intense in Sardegna. L Acqua (2000) 10

12 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico durata (1, 3, 6, 12 e 24 ore). Le serie storiche disponibili per ogni singola stazione di misura sono state regolarizzate con la legge di probabilistica TCEV determinando i parametri della distribuzione per tutte le durate considerate. La fase dello studio idrologico sopra descritta è stata preliminare alla determinazione delle curve di possibilità pluviometrica locali, sulla base dei valori di altezza di precipitazione calcolati con la legge statistica TCEV per ciascuna durata e tempo di ritorno, interpretati mediante la forma regressiva ai minimi quadrati tipicamente espressa dalla relazione h=a t n (con a ed n parametri individuati con la regressione). I valori delle altezze di pioggia per le stazioni studiate sono consegnate nella Tab. 3 dell allegato Relazione Idrologica allo studio citato che per comodità è riportata di seguito nel testo (Tabella 3). Come si può osservare dalla tabella contenente le altezze di precipitazione e come anche rilevato dagli stessi autori dello studio, la CPP relativa alla stazione di Capoterra determina altezze di precipitazione notevoli: le curve relative alla stazione di Capoterra risultano estremamente ed eccessivamente critiche per il fatto che su 18 anni di misura della serie sono presenti ben due eventi straordinari. La limitata estensione delle serie storiche della stazione di Capoterra per le precipitazioni di durata 1 24 ore fa sì che l estrapolazione probabilistica per tempi di ritorno maggiori di 50 anni risulti poco affidabile e largamente sovrastimata. Per ovviare a questo problema, nello studio è stata proposta una relazione determinata ipotizzando e verificando il legame statistico esistente tra i valori di precipitazione massima giornaliera e quelli relativi agli eventi di pioggia intensi e di breve durata, sfruttando l estensione sufficientemente ampia della base temporale di dati disponibili per la stazione di Capoterra riguardanti i valori massimi giornalieri di pioggia. La relazione proposta ha la forma h( t, T ) t h ( T ). I parametri α e β sono stati calcolati localmente sulla base dei dati di ciascuna stazione ad esclusione di quella di Capoterra per la quale invece i valori dei parametri sono stati scelti in relazione a quelli già calcolati sulla base di considerazioni di analogia di comportamento idrologico riscontrato tra le osservazioni delle altre stazioni considerate e la stazione di Capoterra. I valori dei parametri α e β ottenuti sono consegnati nella Tabella 2 mentre le relazioni che permettono di calcolare l altezza di g 11

13 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra precipitazione in maniera diretta sono consegnate di seguito per ciascuna delle stazioni considerate: LogT LogT LogT LogT LogT LogT (Is Cannoneris) h t, T) LogT LogT ( t (Capoterra) h t, T) ( t (Pixinamanna) h t, T) ( t (Pula) h t, T) ( t Tabella 2 Coefficienti α e β nella relazione tra massima altezza di precipitazione annua di durata assegnata e massime giornaliere di assegnato tempo di ritorno per ciascuna stazione pluviometrica studiata. STAZIONE α β Is Cannoneris 0,340 0,382 Capoterra 0,350 0,400 Pixinamanna 0,384 0,344 Pula 0,437 0,261 Successive elaborazioni hanno portato a considerare una relazione regionalizzata (di primo livello) ipotizzando l appartenenza delle quattro stazioni a una zona idrologicamente omogenea. Le seguenti relazioni sono valide per tutte le stazioni considerate: h( t, T ) t h ( T) g LogT LogT h( t, T) t la prima delle quali consente di calcolare la precipitazione per qualunque durata t compresa tra 1 e 24 ore nota l altezza di precipitazione massima giornaliera h g di assegnato tempo di ritorno calcolata con la legge TCEV, mentre la seconda permette di determinare direttamente le massime altezze di precipitazione in funzione degli assegnati valori di durata e tempo di ritorno. 12

14 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico Tabella 3 Altezze di precipitazione di assegnato tempo di ritorno e parametri a e n delle curve di possibilità climatica (SRSG, 2010) TR 1 ora 3 ore 6 ore 12 ore 24 ore 1 giorno IS CANNONERIS (anni) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) a n TR 1 ora 3 ore 6 ore 12 ore 24 ore 1 giorno CAPOTERRA (anni) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) a n TR 1 ora 3 ore 6 ore 12 ore 24 ore 1 giorno PIXINAMANNA (anni) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) a n TR 1 ora 3 ore 6 ore 12 ore 24 ore 1 giorno PULA (anni) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) a n Ulteriori elaborazioni contenute nello SRSG hanno considerato una regionalizzazione di secondo livello assumendo la validità di parametri della distribuzione TCEV già determinati in precedenza in altri studi (CNR VAPI, 2000) e validi per l intera Isola. 13

15 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra Infine, quale ultima alternativa è stata proposta una procedura che prevede la considerazione dei dati accorpati delle quattro stazioni in esame costruendo, per ogni durata di pioggia considerata (da 1 a 24 ore e 1 giorno), un campione di altezze di precipitazione massime annue scegliendo per ogni anno il valore massimo registrato, indipendentemente dalla stazione in cui effettivamente si è verificato. Anche in considerazione di tale approccio (definito maggiorante ), sono state proposte le relative curve di possibilità pluviometrica valide per l intera zona di influenza delle stazioni esaminate. Nell analisi conclusiva proposta al termine delle elaborazioni, gli Autori presentano le seguenti considerazioni che si riportano integralmente: Pertanto, la procedura per poter al meglio interpretare i valori di precipitazione più probabile nell area di influenza del pluviometro di Capoterra è rappresentata dall applicazione delle curve regionalizzate di primo livello utilizzando la distribuzione TCEV aggiornata o l utilizzo delle curve basate sulle massime piogge giornaliere. Sulla base di tale assunzione, come si può osservare dalla figura che segue e come anche sottolineato dagli Autori, l evento registrato a Capoterra presenta un tempo di ritorno superiore a 1000 anni. Come accennato anche nella relazione di Compatibilità Idraulica (Allegato H1.1), da quanto precedentemente delineato, emerge un aspetto di disomogeneità del quale è necessario tenere conto e che riguarda i fondamenti idrologici dei criteri di progetto assunti per le opere di difesa più importanti per il territorio comunale poiché la Normativa prevede metodi di determinazione statistica delle altezze di precipitazione (metodi indiretti) che sono stati codificati con procedure assai dettagliate alle quali è necessario riferirsi. Riguardo all adozione delle nuove curve di possibilità pluviometrica indagate per l area di Capoterra più di un dubbio pare emergere circa le procedure applicate che hanno portato alla loro scelta. Né il principio della cautela in tal caso pare giungere in aiuto nel dirimere la questione, in quanto essa è usualmente riferita ad aspetti di incertezza connaturati nella stima di parametri ingegneristici il cui valore è incerto o 14

16 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico poco conosciuto e, comunque, determinerebbe variazioni nei risultati apprezzabili ma limitate. Nel caso della verifica funzionale delle opere idrauliche collaudate circa 2 anni prima dell alluvione del 2008, l adozione delle nuove curve non può intendersi una scelta di maggior cautela poiché determina criteri di assai più esigente prestazione richiesta alle opere (in alcuni casi il 300% delle portate e anche superiori) rispetto a quelli sui quali è stata basata la progettazione. Pertanto, lo scrivente ritiene che siano certamente da tenere in considerazione i risultati delle elaborazioni idrologiche contenute nello SRSG, conoscenza di per se stessa sufficiente ad indurre ad effettuare nuove verifiche ed approfondimenti, ma è pare altrettanto opportuno accostare ad esse i risultati delle elaborazioni effettuate sulla base dei criteri che hanno assoggettato la progettazione delle suddette opere. Il confronto critico, accoppiato con tecniche di valutazione (del tipo analisi costibenefici), possono condurre ad una scelta maggiormente consapevole dei criteri di dimensionamento (e di verifica) delle opere idrauliche. Tali aspetti hanno determinato un dibattito sulle modalità di esecuzione delle procedure di determinazione della pericolosità idraulica del territorio, evidenziandosi che riguardo alle opere per la sicurezza idraulica (come i canali di guardia o circondariali) l adozione delle modalità più restrittive rappresentate dalle nuove curve di possibilità pluviometrica del 2010, appare la scelta più appropriata in relazione all importanza dell opera. Pertanto, per il canale di guardia S. Rosa e per il Canale Baccu Tinghinu realizzato dal CBSM, lo studio affronterà il problema della determinazione delle portate su base statistica utilizzando la procedura che prevede l utilizzo delle curve di possibilità pluviometrica del 2010 utilizzando i risultati dello studio SRSG per la parte idrologica che si riferisce alle nuove curve di regionalizzate di primo livello, ottenute sulla base dei valori di altezza di precipitazione calcolati con la legge statistica TCEV per ciascuna durata e tempo di ritorno, interpretati mediante la forma regressiva ai minimi quadrati (metodo CNR VAPI, 2010). Per uniformità, anche per le aste fluviali naturali che saranno oggetto di studio nella presente relazione idrologica (in particolare Rio Monte Nieddu e rio s Acqua Tomasu) le analisi idrologiche saranno effettuate mediante la suddetta procedura, al fine di determinare i deflussi alle varie sezioni di controllo che sono state individuate e che sottendono i relativi bacini idrografici. 15

17 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra Precipitazione (mm) REGIONALIZZAZIONE 1 (4 stazioni) Tempo (ore) TR5 TR10 TR20 TR50 TR100 TR200 TR500 Is Cannoneris Capoterra Pixinamanna Pula Oss. Astronomico Cagliari Capoterra (telepluv.) Santa Lucia di Capoterra Figura 2 Altezze di precipitazione misurata durante l'evento del 22 ottobre 2008 e curve di possibilità pluviometriche TCEV aggiornate al primo livello di regionalizzazione (fonte: PSFF) 16

18 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico 3. USO DEL SUOLO Per una maggiore economia dei tempi sono stati utilizzati ove possibile i risultati di elaborazioni già effettuate al medesimo scopo, restando da accertare una modificazione delle ipotesi adottate la cui validità possa essere nel frattempo decaduta. In particolare, al fine di trovare un eventuale riscontro alla eventualità di una sostanziale variazione intervenuta a carico della capacità di produzione di deflusso nelle aree in studio, sono stati ricercati gli elementi di interesse che costituiscano fattori di rilievo nella determinazione dei parametri idrologici ed idraulici, ed in particolare cercando di individuare alcune possibili modificazioni a carico del bacino idrografico, con alterazioni sul processo di trasformazione afflusso deflusso. Quale considerazione del tutto generale, si osserva che l evento del 22 ottobre 2008 ha provocato modificazioni morfologiche sugli alvei e sui suoli che sono tuttora ancora visibili sia per gli effetti diretti delle ingenti precipitazioni che per quelli indiretti causati dagli interventi di messa in sicurezza del territorio realizzati nelle ore successive all evento dalla Protezione Civile, che spesso hanno comportato pesanti modificazioni alla morfologia fluviale di alcuni corsi d acqua. Per la determinazione dell utilizzo dei suoli si è fatto riferimento alle indicazioni contenute nella relazione del consulente geologo alla quale si rimanda integralmente. Rispetto agli studi precedenti (2006), dalle aerofotogrammetrie disponibili è possibile rilevare le modificazioni sul territorio le quali potenzialmente incidono sui parametri che rappresentano la capacità di infiltrazione dei suoli e, di conseguenza, sulle caratteristiche degli idrogrammi di piena a carico della rete fognaria. In particolare, un primo intervento di una certa importanza riguarda la realizzazione dell edificio adibito a Palazzetto dello Sport al quale è annessa un area di parcheggio pavimentato avente un area di oltre 3000 mq. Tale area contribuisce al bacino del rio Concia attraverso la rete fognaria di cui il parcheggio è dotato. Un secondo intervento, lungo il canale S. Rosa, è localizzato nei versanti delle sponde del rio S Acqua Tomasu in prossimità della via Tempio, ove è in corso di realizzazione un opera di edilizia privata che ha interessato anche il fondo valle, con opere di sistemazione del corso d acqua in accordo con il Consorzio di Bonifica della Sardegna Meridionale, stazione appaltante dei lavori di messa in sicurezza finanziati a seguito dell alluvione del Una parte del versante di sponda destra è stato interessato da un rilevante intervento di sbancamento che ha alterato localmente la morfologia del pendio fino alla quota di 17

19 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra scorrimento, interessando parzialmente anche il tracciato del corso d acqua. Tale intervento non modifica globalmente l idrologia del bacino del rio S Acqua e Tomasu, ma alterandone la conformazione delle sponde, ha modificato la base morfologica di elaborazione delle perimetrazioni riguardanti le aree di pericolosità effettuate nel 2006 nella revisione del PAI. Nella Figura 3 è presentato l aspetto dei luoghi a seguito delle modificazioni intervenute dopoo il 2006 sia per effetto del cantiere che per effetto dell alluvione del Figura 3 Evidenziata l area dell'intervento di via Tempio: a sinistra lo stato al A destra lo stato attuale e gli effetti dopo l'alluvione del In sintesi, riguardo agli interventi di cui ai punti precedenti, essendo essi localizzati in aree ben delimitate, si ritienee che il primo di essi possa incidere in qualche misura sul processo di formazione dei contributi in termini di deflusso nella rete idrografica in quanto essi, come è ben noto, alterano i naturali processi di infiltrazione aumentando sia la quantità di deflusso che i fenomeni evolutivi dellee piene delle reti idrografiche. Tuttaviaa è necessario rilevaree anche il fatto che, già nello studio del 2006 è stata adottata una stima della capacità di permeazione delle acque meteorichee nei suoli urbani che si approssima alla quasi totale impermeabilità, sia attraverso una stima cautelativaa delle superfici effettivamente impermeabili, sia effettuando la stima dei deflussi che tiene conto della condizione di elevato tenore idrico dei suoli. 18

20 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico 4. METODOLOGIA APPLICATA 4.1. ANALISI GEOMORFOLOGICA Le elaborazioni idrologiche sviluppate nella seguente relazione sono finalizzate alla determinazione delle portate di massima piena, partendo dalle precipitazioni e trasformando gli afflussi meteorici in deflussi, con l'ausilio di modelli che simulano i processi di perdita e di trasferimento verso valle della precipitazione netta. Tale metodo, adotta una procedura che necessita delle caratteristiche geo pedologiche riferite all area del bacino in esame per la determinazione dei parametri di trasformazione degli afflussi, fornendo come risultato l idrogramma di piena per ciascuna sezione di interesse per ciascuno dei tempi di ritorno considerati. Per l esecuzione dell analisi morfologica è stato utilizzata come informazione di base la cartografia numerica regionale per le aree rurali e la cartografia numerica comunale in scala 1:5000 per le aree territoriali urbane e periurbane. Successivamente sono stati ricalcolati i valori dei parametri morfometrici avvalendosi del modello digitale di terreno basato sui voli LIDAR del La procedura prevede la delimitazione di un macrobacino di interesse e la costruzione del modello digitale di terreno (TIN). Una analisi particolare riguarda la ricerca delle linee di compluvio e di displuvio all interno del macrobacino mediante la discretizzazione delle aree in un reticolo regolare che interessa l intero bacino in studio. Il calcolo delle grandezze morfologiche dei bacini interessati (pendenza, direzione dello scorrimento) con individuazione e definizione geometrica della rete di drenaggio di ciascuna unità idrografica elementare esaurisce tale fase di studio morfologico. La ripartizione dei bacini principali in sottobacini di ampiezza minore è connessa alla necessità di effettuare l indagine idrologica individuando ulteriori sezioni di controllo oltre quelle di confluenza. La caratterizzazione dei bacini contribuenti comprende anche la determinazione dei parametri di forma e delle grandezze tipiche rivolte allo studio dei versanti, della rete idrografica e della copertura dei suoli. Per avere un informazione completa sulla morfologia del bacino, si è provveduto alla modellazione numerica della superficie del suolo con le tecniche DTM che consentono, sulla base di una informazione digitale 19

21 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra della cartografia, lo studio dei parametri anzidetti con la medesima precisione della cartografia di base. In tal modo sono stati calcolati i parametri seguenti. Come descritto in molti manuali tecnici, la pendenza media del bacino è stata calcolata adoperando la formula: L i m l con L = lunghezza asta principale, l j = lunghezza del segmento fluviale generico fra due curve di livello h i j l con H = equidistanza delle curve di livello. In alternativa, la disponibilità di un modello digitale di terreno di dettaglio ha consentito l'utilizzo dell'analisi raster, attribuendo a ciascun elemento territoriale di area elementare (nel caso corrente 1m²) una quota altimetrica che è stata mediata su tutti gli elementi areale compresi nel perimetro del bacino. j j j i j La pendenza media del bacino è stata misurata definita dalla relazione di Alvard Horton, considera due curve di livello successive, la distanza planimetrica media d i tra le due curve di livello e l i la lunghezza della curva di livello intermedia. Si ha che Si 1 im i i i z i ili S S essendo S i =Dz i l i la superficie compresa tra due curve adiacenti e la pendenza media tra le due curve definita dalla relazione: zi li ii s Come alternativa, anche in questo caso è stata applicata la conoscenza dell'orientamento e della pendenza dell'elemento areale per effettuare il calcolo della pendenza dei versanti del bacino. L applicazione delle metodologie descritte ha permesso di determinare i seguenti valori per ciascuno dei sottobacini presi in esame. i Come noto, la stima del tempo di corrivazione si riferisce al percorso idraulicamente più lungo che un volume idrico elementare deve percorrere liberamente per raggiungere la sezione del corso d acqua in esame. Per il calcolo del tempo di corrivazione Tc si è scelto di adottare di volta in volta la formulazione ritenuta più adatta. In particolare la formula di Ventura e quella di Pasini, per i bacini costituiti da 20

22 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico versanti ripidi e fondovalle di moderata pendenza si è dimostrata particolarmente aderente: formula di Ventura T c A ore i A titolo di confronto sono stati calcolati i tempi di corrivazione anche con le formule di Giandotti, Pasini e con la relazione fornita dal Soil Conservation Service: t c L / CN 9 S dove: S = pendenza media del bacino espressa come percentuale (perciò compresa tra 0 e 100) CN = Curve Number del Soil Conservation Service Il valore di CN utilizzato nella relazione precedente è quello relativo alle condizioni di umidità del suolo di tipo AMC III. Per il calcolo del tempo di corrivazione Tc si è scelto quindi di porre a confronto anche le altre quattro diverse formule seguenti: formula di Giandotti: T c m 4 A 1.50 L 0.80 H H formula di Viparelli: T L ore ( ) 3600 formula di Pasini T c =0.108 A 1/3 L 1/3 1/2 i m ove si è inteso indicare, come di consueto, con: A la superficie del bacino in Kmq; i m è la pendenza media dell asta principale del reticolo; L la lunghezza dell asta principale in metri; Hm l altitudine media del bacino; hs è l altitudine della sezione terminale; i v la pendenza media dei versanti Ho è l altitudine della sezione terminale espressa sempre in metri; Nelle tabelle contenute nei paragrafi che seguono sono consegnati i valori del tempo di corrivazione calcolati per tutti i sottobacini in esame. Nell ultima riga di ciascuna tabella è inoltre indicato il valore adottato tra quelli calcolati, il quale è stimato essere quello più adatto alla propagazione dei contributi dei bacini scolanti sulla rete idrografica in relazione alle caratteristiche pedologiche dei bacini, alla morfologia dei luoghi e ai parametri della rete idrografica. m 0 21

23 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra 4.2. CURVE DI POSSIBILITÀ PLUVIOMETRICA L attribuzione delle curve di possibilità pluviometrica al territorio isolano esaminato è realizzabile utilizzando due approcci basati sull analisi statistica delle precipitazioni brevi, condotti utilizzando le distribuzioni probabilistiche LogNormale e TCEV, così come richiamato nelle Linee guida del PAI. Il primo approccio, basato sulla distribuzione log normale 2 consente di individuare sul territorio regionale zone nelle quali possa ritenersi omogeneo il regime delle piogge di breve durata e grande intensità, permettendo di ricavare per ognuna di esse le espressioni delle corrispondenti curve di possibilità pluviometrica. La metodologia utilizza la funzione di probabilità Log normale (o di Galton Gibrat) per esprimere la probabilità di non superamento della pioggia h ricavando l altezza di precipitazione critica relativa ad un evento avente un prefissato periodo di ritorno. Un secondo approccio per la stima delle curve di possibilità pluviometrica fa riferimento alla distribuzione probabilistica TCEV ed è stato anch esso sviluppato in numerose pubblicazioni (Deidda, Pira e Sechi, 2000) e tiene conto delle serie storiche delle precipitazioni fino al La forma del legame tra l altezza di precipitazione di assegnata durata e il tempo di ritorno alla quale ci si riporta è quella usuale monomia n h a ove h l ( ) è l altezza di pioggia lorda in mm di durata (in ore) e T (in anni) è il tempo di ritorno. L approccio che è stato qui applicato utilizza le curve di possibilità pluviometriche elaborate per l area di Capoterra, Sarroch, Villa San Pietro e Pula nell ambito dello Studio di Revisione delle Fasce Fluviali del rio San Girolamo (2010) che utilizzano le serie storiche disponibili per le stazioni di misura di Capoterra, Is Cannoneris, Pixinamanna e Pula integrate con i pluviogrammi registrati dagli strumenti di misura nel periodo (vedi Capitolo 2 Idrologia del territorio di Capoterra). Nel considerare le curve di possibilità pluviometriche con i coefficienti aggiornati localmente per l area di Capoterra, coma già esplicitamente affermato, si è fatto riferimento alla curva regionalizzata di primo livello espressa nella forma: l LogT LogT h( t, T) t Per i bacini di ampiezza maggiore di 1 kmq, ll ragguaglio all area, effettuato mediante il coefficiente di riduzione areale r (adimensionale), è fornito dalla seguente relazione: f2 r(, A b ) 1 f 1 2 Metodo sviluppato in numerose pubblicazioni (Cao et al. 1969, 1972, 1993, Piga et al., 1985). 22

24 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico dove f 1 = A b, A b = area del bacino espressa in km 2,, = durata della pioggia lorda in ore. Dalle espressioni precedenti si ottiene l altezza di pioggia lorda h l,r ( ) di durata, ragguagliata all area del bacino: n h ( ) r(, A ) h ( ) r(, A ) a l, r b l ed in modo analogo l intensità media di pioggia lorda i l,r ( ) di durata, anch essa ragguagliata all area del bacino: n 1 i ( ) h ( ) / r(, A a l, r l, r b ) b Curve di possibilità pluviometrica (2010) 400 altezza di precipitazione (mm) h(t,2) h(t,5) h(t,10) h(t,15) h(t,20) h(t,30) h(t,50) h(t,100) h(t,200) h(t,500) h(t,1000) durata (ore) Figura 4 Curve di possibilità pluviometrica valide per la zona di Capoterra (SRSG, 2010) 23

25 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra Tabella 4 Curve di possibilità pluviometrica: altezze di precipitazione (in mm) per assegnati probabilità di accadimento, tempo di ritorno e durata della pioggia (SRSG, 2010) Prob 10% 7% 5% 3% 2% 1% 0.5% 0.2% 0.1% Tr Durata (ore) h(t,10) h(t,15) h(t,20) h(t,30) h(t,50) h(t,100) h(t,200) h(t,500) h(t,1000) ALTRI PARAMETRI Il calcolo del valore medio del CN (Curve Number) è stato effettuato relativamente alle condizioni critiche di umidità antecedente del suolo, ovvero corrispondente alla condizione AMC (Antecedent Moisture Condition) di tipo III. In considerazione della presenza di un bacino montano scarsamente impermeabile, dell area urbana e degli elevati tempi di ritorno si adotta un CN III pari a 100, valore che è stato assunto cautelativamente per tutti i sottobacini considerati. Si ritiene utile osservare che tale ipotesi di valutazione del parametro CN, già affrontata nello studio di revisione del PAI di Capoterra del 2006, è da porre in relazione con la relativa uniformità sia delle caratteristiche litopedologiche dei suoli che alle caratteristiche di copertura dei suoli. Tale condizione inoltre può considerarsi cautelativa in relazione all aumento delle aree nuove opere di interesse pubblico realizzate e di nuove aree edificate, le cui vie di accesso stradali sono state pavimentate ed annesse al reticolo viario urbano. La durata dell evento meteorico critico, ovvero la durata della pioggia lorda, è stato assunto pari alla somma del tempo t f necessario per colmare i volumi di perdita iniziale I a, così come definiti nel metodo del CN del SCS, e del tempo di corrivazione t c : 24

26 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico t f t c Utilizzando una pioggia lorda di progetto ad intensità costante, il tempo t f necessario per colmare i volumi di perdita iniziale I a, trascorso il quale inizia il contributo al deflusso, è pari a: t I / i, ( ) f a Determinata la durata e l altezza h l,r ( ) della pioggia lorda (ragguagliata), si è calcolata l altezza h n,r di pioggia netta e ragguagliata utilizzando il metodo del Curve Number del Soil Conservation Service (SCS, 1975; 1985), ovvero la seguente relazione: h n, r l r hl, r ( ) I a h ( ) I S l, r dove l altezza ragguagliata delle perdite iniziali I a ed il parametro S, sono forniti, in mm, dalle seguenti relazioni: S 254 CN I a 0. 2S L intensità media di pioggia netta necessaria per determinare le portate al colmo è stata calcolata considerando che la durata del deflusso è pari a t c in quanto durante il tempo iniziale t f non si ha contributo al deflusso. Si è dunque utilizzata la relazione seguente: i h / t n, r n, r a c DETERMINAZIONE DELLA PORTATA DI PIENA Il metodo applicato si basa sull ipotesi che la formazione della piena sia dovuta a un fenomeno di trasformazione degli afflussi in deflussi di caratteristiche essenzialmente lineari, decurtando le precipitazioni delle perdite per infiltrazione e sotto l ipotesi che il trasferimento di massa liquida nella rete idrografica e si realizzi trascurando i fenomeni di laminazione da invaso. L ipotesi di funzionamento sincrono consente di valutare la portata di deflusso nella sezione di chiusura sommando le portate elementari che si valutano nelle sezioni a monte contribuenti alla sezione di valle. Le intensità di pioggia netta e ragguagliata sono state determinate applicando il metodo del Curve Number (CN) sviluppato dal Soil Conservation Service alle piogge meteoriche lorde ricavate dalle curve segnalatrici 25

27 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra di possibilità climatica valide nelle località esaminata. Il ragguaglio all area è stato effettuato mediante le espressioni del Department of Environment Water Council. Nell applicazione del metodo razionale, la criticità della portata al colmo di piena è stata considerata pari a quella dell evento di pioggia che le ha dato origine e si attribuisce quindi, alla portata di colmo, il medesimo tempo di ritorno utilizzato per la determinazione delle piogge di progetto ottenute dalla curva di possibilità climatica. La portata di deflusso nella sezione di chiusura si ottiene sommando le portate elementari che si presentano nello stesso istante nella sezione. La relazione che, nella sua forma canonica, rappresenta analiticamente il metodo razionale si esprime: Q c = c h A / T P essendo c il coefficiente di deflusso, h l altezza di pioggia ragguagliata T P la durata della pioggia A la superficie del bacino. Si osservi che nello stimare il deflusso di piena si attribuisce all altezza di pioggia il medesimo tempo di ritorno dell evento di piena cercato. Come richiesto dal PAI, le portate di piena sono state calcolate per tempi di ritorno pari a 50, 100, 200 e 500 anni. I contributi unitari al deflusso q (m 3 /km 2 ) stati ovviamente ottenuti dividendo la portata calcolata alla sezione di chiusura per l area del bacino sotteso. La relazione precedente per il calcolo della portata al colmo nelle sezioni di chiusura dei bacini considerati può essere scritta anche come: Q c in, r Ab dove: i n,r = intensità media di pioggia netta e ragguagliata di assegnato tempo di ritorno T. A b = superficie del bacino sotteso dalla sezione di chiusura del bacino Nelle tabelle seguenti sono presentati i valori di portata al colmo della piena calcolati per ciascuna delle sezioni di interesse utilizzando l altezza di precipitazione calcolata con la distribuzione lognormale e mediante la distribuzione TCEV. Qualora l estensione delle superfici scolanti sia molto inferiore a 1 kmq, il valore del colmo di portata di piena è stato calcolato utilizzando il contributo unitario del bacino principale. 26

28 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico Per i sottobacini di minore estensione, nelle tabelle sono evidenziati i valori di portata calcolati con il metodo del contributo unitario, mentre per i bacini maggiori è stato utilizzato il metodo CNR VAPI riferito alla revisione locale delle CPP (SRSG, 2010). 27

29 Studio di Compatibilità Idraulica del Piano Urbanistico del Comune di Capoterra 5. BACINI IDROGRAFICI 5.1. PREMESSA Lo studio ha recepito la nuova ripartizione dei bacini idrografici determinata dalle nuove opere di recente realizzazione le quali sono state concepite per il trasferimento delle acque di deflusso di origine meteorica verso aree lontane dalle zone urbane più sensibili. Tale modificazione altera la naturale originaria ripartizione dei deflussi nel reticolo idrografico, realizzando la continuità idraulica tra il bacino Liori Alto e quello di s Acqua Tomasu. In particolare, lo studio morfologico ha evidenziato la delimitazione e l ampiezza dei bacini scolanti secondo il nuovo assetto dato al territorio con la realizzazione dei canali circondariali e l intercettazione delle acque meteoriche dei bacini a monte dell abitato BACINO DEL RIO SANTA LUCIA Dall'esame della figura che rappresenta la delimitazione idrografica, si evidenzia come la maggior estensione del bacino del Santa Lucia si alimenta all esterno del perimetro comunale ed è anche il recapito finale dei numerosi sottobacini di sponda destra che drenano le aree del centro capoluogo e quelle limitrofe (Figura 5). La cartografia mostra che il rio riceve l'apporto di almeno nove compluvi di sponda destra e pressoché nessuno da quella sinistra in seguito alle modifiche imposte al reticolo idrografico da interventi di bonifica di cui si è già detto. Attualmente una rete di canali minori provvedere al drenaggio dei piccoli bacini pianeggianti esistenti nel territorio di sponda sinistra verso il Canale Imboi. Per la descritta situazione in virtù della quale il corso d'acqua interessa il territorio di Capoterra per gli ultimi 4.6 km del suo tracciato, una sezione di controllo è stata considerata coincidente con la foce nella laguna, assunta a quota 1 m slm (sezione S 1 ). 28

30 Ing. S. Liberatore Relazione dello studio Idrologico e Idraulico Figura 5 Perimetrazione del territorio comunale e quella del bacino del rio Santa Lucia (in verde). Le caratteristiche del bacino totale, rilevate con l'ausilio del DTM regionale, sono sintetizzate nella tabella seguente (Tabella 5): Tabella 5 Caratteristiche fisiografiche del bacino del rio S. Lucia (bacino totale) superficie bacino (kmq) A altitudine media bacino (m slm) Hm altitudine sezione (m slm) Hs 2.00 pendenza media del bacino ib lunghezza fluviale (km) L rapporto di circolarità bacino 0.16 quota massima scorrimento (m slm) dislivello massimo (m) pendenza media asta fluviale im I valori ottenuti del tempo di corrivazione sono consegnati nella tabella seguente, ove si evidenziano tempi compresi tra circa 10 e 24 ore (escludendo la relazione di Viparelli), la cui differenza considerevole induce ad effettuare alcune considerazioni aggiuntive. Tutte le relazioni empiriche qui utilizzate infatti tengono conto della pendenza media dell'asta fluviale che, come sopra riportato, è stata calcolata con la relazione di Schwartz che considera le pendenze di ciascun tratto fluviale elementare, relazione che fornisce un valore di pendenza assai limitato in confronto con quello rilevabile per i versanti del bacino. Data la prevalenza delle lunghezza di scorrimento nell'asta fluviale 29