1. CARATTERISTICHE GEOMORFOLOGICHE ED IDRAULICHE DEL BACINO

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2 1. CARATTERISTICHE GEOMORFOLOGICHE ED IDRAULICHE DEL BACINO La sorgente Mariaghella nasce a valle dell'abitato di Campora e alimenta il Lago del Segrino E il bacino idrografico più piccolo presente nel territorio comunale, Lo studio delle problematiche idrauliche - idrogeologiche è stato condotto sviluppando i seguenti punti: Raccolta di dati tramite indagini sul posto; Rilievi in sito di tipo geomorfologico, litologico, idrologico e delle opere idrauliche esistenti; Elaborazione e restituzione dei dati 2. CRITERIO DI LAVORO Le modalità di lavoro sono state: determinare le caratteristiche idrologiche Roggia di Fabbrica Durini al fine di stimare il valore di piena per un evento con tempo di ritorno di cento anni esecuzione di verifica idraulica con l ausilio del codice di calcolo HEC-RAS, che risolvendo le equazioni di moto permanente ha permesso di definire il moto in corrispondenza del tratto considerato. La modellazione idraulica dei fenomeni di propagazione delle piene in alveo per i corsi d acqua per i quali si è svolto uno studio di approfondimento, è stata effettuata con riferimento ad uno schema di moto permanente monodimensionale. Le simulazioni sono state condotte con l ausilio del codice di calcolo HECRAS (Hydrologic Engineering Center - River Analysis System) dell U.S. Army Corps of Engineers. Per l implementazione del codice di calcolo è necessario di tutto l insieme di dati che caratterizzano il sistema idrografico, in particolare necessitano i dati geometrici che

3 includono sia quelli topografici che le caratteristiche fisiche, quali i valori dei coefficienti di scabrezza e delle portate. In virtù delle equazioni poste alla base del codice di calcolo, con specifico riferimento alla sussistenza della condizione di moto permanente, il codice di calcolo HEC-RAS si basa sulla validità delle seguenti ipotesi: 1) la portata è costante nel tempo nei vari tratti di canale/alveo (steady flow); 2) il moto della corrente idrica è monodimensionale; 3) il canale/alveo ha una pendenza sufficientemente piccola da poter ritenere che tiranti idrici siano misurabili secondo una direzione verticale, piuttosto che ortogonalmente alla linea di fondo; 4) la corrente è gradualmente variata. Per canali aventi sezione irregolare, la geometria non è schematizzabile mediante funzioni che presentano un espressione analitica. In tali casi, peraltro molto frequenti in idraulica fluviale, il codice di calcolo utilizza la classica procedura di suddividere la sezione in N sottosezioni mediante strisce verticali, delimitate superiormente dal pelo libero (assunto costante in tutta la sezione) e inferiormente dal letto dell alveo. Coefficienti per il calcolo delle perdite di energia I coefficienti necessari per il calcolo delle perdite di energia sono, principalmente, due: uno relativo alle perdite per effetto delle forze resistenti al moto ed uno relativo alle perdite per espansione o contrazione della corrente. Le perdite di carico dovute alla scabrezza superficiale sono calcolate con la formula di Manning Gauckler e Strickler; quindi bisogna individuare il coefficiente n di Manning. La scelta del coefficiente di scabrezza è fondamentale per avere un profilo calcolato in maniera accurata. Il valore di n è variabile e dipende da vari fattori come: la scabrezza delle pareti; la presenza di vegetazione; le irregolarità della sezione; ecc. I valori di n, che possono essere utilizzati, sono riportati nelle tabelle seguenti in funzione del materiale costituente le pareti del canale e delle caratteristiche della sezione. Le perdite per espansione o contrazione della corrente sono calcolate come aliquota della differenza di altezza cinetica tra due sezioni successive. Per il calcolo delle perdite di energia, tra due sezioni, si fa riferimento ad opportuni valori di coefficienti. I valori da assumere per detti coefficienti dipendono dal tipo di corrente e dalle variazioni, che si verificano lungo il canale, della sezione trasversale. Equazioni di base per il calcolo del profilo di corrente (steady flow) Il profilo del pelo libero in condizioni di moto stazionario è calcolato, tra una sezione traversale e quella successiva, risolvendo l equazione dell energia, con una procedura iterativa. L equazione dell energia è la seguente: Y2 + Z2 + α 2 V 2 2 / 2g= Y1 + Z1 + α 1 V 1 2 / 2g + he dove: Y1, Y2 = altezza d acqua nella sezione trasversale; Z1, Z2 = quota del fondo del canale, rispetto ad un generico piano orizzontale di riferimento; V1, V2 = velocità media di portata; α1, α2 = coefficienti di ragguaglio delle potenze cinetiche; g = accelerazione di gravità; he = perdita di energia.

4 La somma di Z e Y, che rappresenta la quota del pelo libero rispetto ad un piano orizzontale di riferimento, viene indicata con il termine W.S. (Water Stage). La perdita di energia (he) tra due sezioni trasversali è costituita da due aliquote: una dovuta all attrito ed una dovuta all espansione o contrazione della corrente. L equazione della perdita di energia è la seguente: he = L * Sf + C((α 2 V 2 2 / 2g)-(α 1 V 1 2 / 2g)) dove: L = distanza tra le due sezioni; Sf = perdita di energia per unità di lunghezza, che può essere vista come la pendenza della linea rappresentativa delle perdite di energia per attrito; C = coefficiente per le perdite di espansione o contrazione. 3. PORTATA DI PIENA DEL TORRENTE MARIAGHELLA Attenendosi a quanto indicato nella Direttiva sulla piena di progetto da assumere per le progettazioni e le verifiche di compatibilità idraulica facenti parte del Piano stralcio per l'assetto Idrogeologico (PAI) redatto dall Autorità di Bacino del fiume Po, ai sensi della Legge 18 Maggio 1989, n. 183, art. 17, comma 6-ter, si è proceduto al calcolo di portate di piena con tempo di ritorno centenario, utilizzando i dati ivi indicati.

5 Per definire le portate di progetto si sono utilizzati metodi di analisi dei deflussi superficiali di tipo approssimato e indiretto. Si è pertanto fatto riferimento alla formula del Metodo razionale, per la definizione del valore di massima piena: Q c = 0.28 c i A Q c = portata al colmo (m3/s) c = coefficiente di deflusso (-) i = intensità di pioggia (mm/hr) A = superficie del bacino (kmq) Si è considerato il bacino del Torrente come una singola unità, ipotizzando quanto segue: distribuzione uniforme della precipitazione su tutto il bacino

6 linearità del modello A-F impiegato (ingressi e uscite di uguale rarità) tempo di formazione del colmo di piena pari a quello della fase di riduzione tempo di ritorno T della portata stimata uguale a quello dell intensità di pioggia durata dell intensità della pioggia uguale al tempo di corrivazione t c del bacino La ricostruzione del bacino idrografico è stata realizzata utilizzando come base la carta tecnica regionale. 4. VERIFICA MARIAGHELLA NEI PRESSI DEL PARCO VILLA GABBIA

7 Le caratteristiche principali del nuovo canale, fino alla sezione di chiusura considerata, possono essere racchiuse nella seguente tabella: Superficie bacino (kmq) 0,135 Perimetro bacino (km) 2,03 Lunghezza asta principale (km) 1,15 Altitudine massima del bacino (m) 600 Altitudine minima del bacino (m) 380 Pendenza media dell'asta (%) 19

8 L equazione h (d, T) = a d n, indica la curva di possibilità climatica ovvero il legame tra l altezza di pioggia che può cadere con un assegnato tempo di ritorno T per un assegnata durata d e la durata D stessa. In questo caso la durata è quella che dà luogo al massimo valore della portata di colmo (durata critica). I dati utilizzati, in carenza di oggettive misurazione nel corso degli anni, sono stati estrapolato dalla tabella precedente dell Autorità di Bacino (è sottolineato il rigo della cella del reticolo chilometrico di riferimento/dg 63): tempo di ritorno (in anni) a n Il valore di intensità media della precipitazione, ricavato dal rapporto tra la curva di possibilità climatica e la durata dell evento pioggia, è ottenibile da: i(d,t) = a dn-1 nella tabella sopra abbiamo noti i parametri a ed n, di conseguenza si ottengono i valori di intensità delle precipitazioni relative a diverse durate, oltre che idrogrammi di piena, inserendoli in un modello di afflussi-deflussi, e le relative portate di colmo per assegnati tempi di ritorno. L evento da considerare è quello con durata cosiddetta critica, ossia quella che causa una portata pari a quella del colmo di piena. Per ogni bacino idrico è fondamentale il tempo di corrivazione ovvero il tempo che occorre alla generica goccia di pioggia caduta nel punto idraulicamente più lontano per raggiungere la sezione di chiusura del bacino in esame. Esso indica anche il tempo dall inizio della precipitazione oltre il quale tutta la precipitazione caduta sul bacino contribuisce alla formazione del deflusso. La durata critica dell evento meteorico è quindi assunta pari al tempo di corrivazione t c del bacino Molto utilizzata in Italia per il calcolo del tempo di corrivazione di bacino è la formula di Giandotti (1934): t c = 4 A L. 0.8 (Hm Ho) dove: A= area del bacino (kmq); L= lunghezza dell asta principale (km); Hm= altezza media del bacino Ho= altezza minima del bacino L espressione restituisce il valore del tempo di corrivazione di bacino in ore: t c = (4 x x 2.6) / [0.8 ( )] = 0.49 ore = 29 min. STIMA DEL COEFFICIENTE DI DEFLUSSO La stima del coefficiente di deflusso è estremamente difficoltosa e costituisce il maggior elemento di incertezza nella valutazione della portata. Il parametro, infatti, tiene conto in forma implicita di tutti i fattori che intervengono a determinare la relazione tra la portata al colmo e l intensità media della pioggia (tipo di terreno, grado di saturazione dello stesso, tipo di copertura vegetale e pendenza); si utilizzano normalmente valori di riferimento, tratti dalla letteratura scientifica, che spesso sono

9 adattabili con difficoltà alle effettive condizioni del bacino in studio. Le valutazioni derivanti dalla letteratura indicano univocamente che il valore del coefficiente di deflusso in un dato bacino varia in modo consistente da evento ad evento, in funzione delle differenti condizioni di imbibizione del suolo antecedenti l evento stesso. Dalle indicazioni contenute nella Direttiva sulla piena di progetto da assumere per le progettazioni e le verifiche di compatibilità idraulica del PAI dell Autorità di Bacino del fiume Po, si sono estratte le tabelle seguenti: Coefficienti di deflusso raccomandati da American Society of Civil Engineers e da Pollution Control Federation, con riferimento prevalente ai bacini urbani Caratteristiche del bacino c Superfici pavimentate o impermeabili (strade, aree coperte, ecc.) 0,70 0,95 Suoli sabbiosi a debole pendenza (2%) 0,05 0,10 Suoli sabbiosi a pendenza media (2-7%) 0,10 0,15 Suoli sabbiosi a pendenza elevata (7%) 0,15 0,20 Suoli argillosi a debole pendenza (2%) 0,13 0,17 Suoli argillosi a pendenza media (2-7%) 0,18 0,22 Suoli argillosi a pendenza elevata (7%) 0,25 0,35 Coefficienti di deflusso raccomandati da Handbook of Applied Hydrology, Ven Te Chow, 1964 Tipo di suolo Uso del suolo c Coltivato Bosco Suolo con infiltrazione elevata, normalmente sabbioso o ghiaioso Suolo con infiltrazione media, senza lenti argillose; suoli limosi e simili Suolo con infiltrazione bassa, suoli argillosi e suoli con lenti argillose vicine alla superficie, strati di suolo sottile al di sopra di roccia impermeabile 0,20 0,10 0,40 0,30 0,50 0,40 Avendo tali dati come base per una valutazione basata anche sull esperienza, si è assegnato un valore del coefficiente di deflusso pari a c=0.20 per la parte adibita a prato e bosco. Il tratto oggetto di analisi è in parte edificato ed in parte oggetto di urbanizzazione, e considerandolo in siffatta maniera per circa kmq., il coefficiente i deflusso per tale zona è stato assunto pari a c=0.7. Applicando una media ponderale tra i valori sopra indicati si determina il coefficiente di deflusso: c= 0.20 x x = 0.35 ( ) Con i dati ricavati la portata al colmo di progetto per i diversi tempi di ritorno è: Q c = c h t S T c

10 schema planimetrico canale con indicazione sezioni di riferimento 10 ma r i ag he l l a 20 villa gabbia Some schematic data outside default extents (see View/Set Schematic Plot Extents...) None Geo-Ref of the Geo-Ref XS's Non user Non Geo-Ref are interpolated entered Geo-Referenced user XS XS interpolated entered ( XS XS)

11 Elevation (m) Elevation (m) Elevation (m) 3.5 mariaghella Plan: Plan 01 03/10/2018 mariaghella villa gabbia EG T = 20 anni Crit T = 20 anni WS T = 20 anni Main Channel Distance (m) Profilo andamento massima piena per un periodo di ritorno pari a T= 20 anni 3.5 mariaghella Plan: Plan 01 03/10/2018 mariaghella villa gabbia EG T = 100 anni Crit T = 100 anni WS T = 100 anni Main Channel Distance (m) Profilo andamento massima piena per un periodo di ritorno pari a T= 100 anni 3.5 mariaghella Plan: Plan 01 03/10/2018 mariaghella villa gabbia EG T = 200 anni Crit T = 200 anni WS T = 200 anni Main Channel Distance (m) Profilo andamento massima piena per un periodo di ritorno pari a T= 200 anni

12 WS T = 20 anni 30 Bank Sta Visione tridimensionale profilo massima piena periodo di ritorno pari a T= 20 anni WS T = 100 anni 30 Bank Sta Visione tridimensionale profilo massima piena periodo di ritorno pari a T= 100 anni WS T = 200 anni 30 Bank Sta Visione tridimensionale profilo massima piena periodo di ritorno pari a T= 200 anni

13 Elevation (m) Elevation (m) Elevation (m) Elevation (m) Dettagli altezza massima piena nelle sezioni considerate mariaghella Plan: Plan 01 03/10/2018 RS = EG T = 200 anni EG T = 100 anni EG T = 20 anni Crit T = 200 anni Crit T = 100 anni Crit T = 20 anni WS T = 200 anni WS T = 100 anni WS T = 20 anni Station (m) Bank Sta sezione mariaghella Plan: Plan 01 03/10/2018 RS = EG T = 200 anni EG T = 100 anni EG T = 20 anni Crit T = 200 anni Crit T = 100 anni Crit T = 20 anni WS T = 200 anni WS T = 100 anni WS T = 20 anni Station (m) Bank Sta sezione mariaghella Plan: Plan 01 03/10/2018 RS = EG T = 200 anni EG T = 100 anni EG T = 20 anni Crit T = 200 anni Crit T = 100 anni Crit T = 20 anni WS T = 200 anni WS T = 100 anni WS T = 20 anni Station (m) Bank Sta sezione mariaghella Plan: Plan 01 03/10/2018 RS = EG T = 200 anni EG T = 100 anni EG T = 20 anni WS T = 200 anni Crit T = 200 anni Crit T = 100 anni WS T = 100 anni WS T = 20 anni Crit T = 20 anni Station (m) Bank Sta sezione 40

14 Riepilogo dati per sezioni considerati 5. CONCLUSIONI In base ai conteggi sopra riportati, nel tratto considerato, il Torrente Mariaghella, con i normali valori del Lago del Segrino, è in grado di contenere la massima piena ipotizzata.