AUTORITA' PORTUALE DI PIOMBINO PORTO DI RIO MARINA ADEGUAMENTO TECNICO FUNZIONALE DEL PIANO REGOLATORE PORTUALE STUDIO METEOMARINO.

Transcript

1

2 AUTORITA' PORTUALE DI PIOMBINO PORTO DI RIO MARINA DEL PIANO REGOLATORE PORTUALE STUDIO METEOMARINO Indice 1 PREMESSA INQUADRAMENTO GEOGRAFICO DEL PARAGGIO FETCH EFFICACI DEFINIZIONE DEL CLIMA DI MOTO ONDOSO DESCRIZIONE DELLE STAZIONI ONDAMETRICHE DI MISURA Clima di moto ondoso al largo di Civitavecchia Trasposizione del clima di moto ondoso al largo di Piombino CLIMA DI MOTO ONDOSO AL LARGO DI RIO MARINA TRASPOSIZIONE GEOGRAFICA AL LARGO DI RIO MARINA MOTO ONDOSO GENERATO ALL INTERNO DEL GOLFO DI FOLLONICA ANALISI STATISTICA DEGLI EVENTI ESTREMI DI MOTO ONDOSO AL LARGO CORRELAZIONE TRA L ALTEZZA ED IL PERIODO D ONDA CLIMA SOTTOCOSTA GRIGLIA DI CALCOLO CONDIZIONI AL CONTORNO ED IPOTESI DI CALCOLO CLIMA D ONDA SOTTOCOSTA: PUNTO P ANALISI DEI RISULTATI EVENTI ESTREMI SOTTOCOSTA VARIAZIONI DEL LIVELLO MARINO (MAREE, SOVRALZI) MAREA ASTRONOMICA MAREA METEOROLOGICA VARIAZIONI STAGIONALI ED A LUNGO TERMINE VALORI ESTREMI CORRENTI REGIME DEI VENTI APPENDICE: DESCRIZIONE MODELLI NUMERICI

3 9.1 CALCOLO DEI FETCH EFFICACI E DELLA RELAZIONE TRA DIREZIONE DEL VENTO E QUELLA DEL MOTO ONDOSO MODELLO ENIF RICOSTRUZIONE INDIRETTA DEGLI STATI DI MOTO ONDOSO A PARTIRE DAI DATI LLE REGISTRAZIONI ANEMOMETRICHE MODELLO SAGITTA Teoria di riferimento MODELLO HINDCASTING TIPO S.M.B. PER LA RICOSTRUZIONE DI STATI DI MARE IN FUNZIONE DI SERIE STORICHE DI REGISTRAZIONI ANEMOMETRICHE MODELLO ALTAIR Premesse Teoria di riferimento

4 1 Premessa Nella presente relazione viene descritto lo studio idraulico-marittimo redatto a supporto della redazione dell Adeguamento Tecnico Funzionale del P.R.P. del porto di Rio Marina (isola d Elba). In particolare sono state effettuate una serie di indagini e studi finalizzati alla conoscenza del regime del moto ondoso al largo di Rio Marina, ovvero su fondali che riflettono condizioni di acqua profonda per la quasi totalità delle onde e quindi trascurabili fenomeni di alterazione e condizionamento (ad es. per rifrazione, shoaling e/o attrito sul fondo) nei confronti degli stati di mare generati. Si è proceduto pertanto al reperimento ed all analisi di tutti i dati necessari per una completa e corretta definizione delle condizioni meteo-oceanografiche che caratterizzano il paraggio in esame. Tra le varie fonti considerate, in particolare, si è fatto riferimento ai dati ondametrici registrati dalle boe ondametriche direzionali ubicate rispettivamente: al largo di Torrevaldaliga Nord, gestita dall Enel nel periodo (Figura 1.1); al largo di Capo Linaro, gestita dall Apat nel periodo e facente parte della Rete Ondametrica Nazionale (Figura 1.1); al largo di Civitavecchia, gestita dall Apat nel periodo e facente parte sempre della Rete Ondametrica Nazionale (Figura 1.1); al largo di Piombino, gestita dall Enel nel periodo (Figura 2.1). Tali dati ondametrici sono stati dapprima analizzati ed validati e successivamente confrontati ed utilizzati per la ricostruzione, attraverso il metodo della trasposizione geografica, del clima d onda al largo di Rio Marina ovvero, attraverso la propagazione delle onde sotto costa, nella zona prospiciente l attuale imboccatura portuale. Per tenere conto dei fenomeni locali di moto ondoso che si generano all interno del Golfo di Follonica fino al Promontorio di Piombino e che interessano il porto di Rio Marina, si è fatto riferimento alle misure anemometriche locali con le quali, tramite il modello matematico ALTAIR (sviluppato dalla MODIMAR S.r.l.), modello hindcasting tipo S.M.B., sono stati ricostruiti gli stati di mare provenienti dal suddetto settore di traversia secondaria. La fonte di dati anemometrici utilizzata è: Elba, Monte Calamita, gestita dall Aeronautica Militare, serie storica nel periodo (Figura 2.1). 3

5 La ricostruzione del moto ondoso sotto costa, effettuata attraverso l'applicazione del modello matematico di rifrazione inversa spettrale MEROPE (sviluppato dalla MODIMAR S.r.l.), ha consentito la definizione delle principali caratteristiche meteomarine che contraddistinguono il paraggio in esame, necessarie per la determinazione dei principali parametri progettuali, quali ad esempio l onda di progetto, cui fare riferimento per il dimensionamento delle opere portuali. L analisi dei dati di vento disponibili e dell escursione del livello marino completa il quadro informativo necessario per la corretta progettazione delle opere a mare. Si precisa inoltre che, al fine di verificare l attendibilità dei risultati ottenuti dalle elaborazioni effettuate sulla base delle registrazioni di moto ondoso prese in considerazione per il paraggio in esame, è stato effettuato anche un confronto con i risultati riportati sul Medatlas - atlante del vento e delle onde nel Mar Mediterraneo, pubblicato di recente dall Istituto di Scienze Marine (ISMAR, CNR) in collaborazione con Thetis S.p.a. ed altri partner europei. Monte Argentario W N S E Isola di Giannutri Boa Civitavecchia Lido di Tarquinia MAR TIRRENO Boa Enel Torrevaldaliga Nord Civitavecchia km C.po Linaro Figura 1.1: Ubicazione delle boe ondametriche utilizzate per la ricostruzione del moto ondoso al largo di Rio Marina. 4

6 2 Inquadramento geografico del paraggio L isola d Elba, situata a sud-ovest del promontorio di Piombino da cui dista circa 10 km ed a nord-ovest dell Isola del Giglio dalla quale dista circa 27 miglia, LAZIO ha la notevole estensione di km 2. Le coste hanno uno sviluppo di circa 147 km e sono generalmente alte e frastagliate, interrotte da falcate sabbiose, come nelle località di Procchio e Campo, o di ghiaia quali quelle dei versanti di Portoferraio, Enfola, Porto Azzurro e Rio Marina, per citare le più importanti. La forma dell isola è piuttosto irregolare ed inoltre presenta un andamento orografico movimentato, avente l apice nel Monte Capanne, che supera i mille metri. Lungo la costa orientale dell isola, all interno della insenatura naturale rivolta verso levante compresa tra Capo Pero e Capo Ortano, ricade il porticciolo di Rio Marina destinato ad accogliere la flotta delle imbarcazioni locali, le imbarcazioni turistiche di passaggio e i traghetti di linea (Figura 2.1). Figura 2.1: Inquadramento geografico ed ubicazione del sito oggetto di studio e delle boe ondametriche prese in esame e della stazione anemometrica. 5

7 Una prima caratterizzazione delle potenziali condizioni di esposizione al moto ondoso del paraggio in esame viene condotta in funzione della traversia geografica, che rappresenta la massima estensione della superficie marina da cui possono arrivare gli stati di mare. Per il calcolo della traversia geografica, ponendosi al largo del sito in esame e materializzando il cosiddetto punto di interesse o punto di trasposizione al largo, vengono delimitati con un sistema di coordinate polari i distinti settori che dal punto di interesse traguardano i margini delle coste opposte al punto di interesse (che rappresentano gli estremi della superficie marina). Ponendosi al largo di Rio Marina, a circa 2.0 km dalla costa ad Est di Rio Marina, su fondali di circa -55 m s.m.m., il settore di traversia geografico risulta limitato a Nord dal promontorio di Piombino, da NordEst a SudEst dal tratto di costa che si estende dal promontorio di Piombino sino al promontorio dell Argentario, a SudSudOvest dalla Sardegna. Il paraggio risulta pertanto esposto al mare aperto, ovvero non limitato da alcuna costa, per un ristretto settore compreso tra 140 e 190 N. Nel diagramma polare di Figura 2.2 sono indicati graficamente i valori dei fetch geografici relativi al punto di analisi. La Tabella 2.1 riporta gli stessi valori in forma numerica. Considerato che nel Mar Tirreno le perturbazioni cicloniche hanno estensioni massime dell ordine dei 500 km, i fetch geografici sono stati limitati a tale dimensione. 6

8 Figura 2.2: Fetch geografici al largo di Rio Marina. 7

9 2.1 Fetch efficaci Per fetch efficace si intende la traversia o lunghezza della porzione di mare sulla quale si esplica effettivamente l azione del vento responsabile della generazione del moto ondoso. Il valore del fetch efficace relativo ad una determinata direzione è funzione anche dei valori dei fetch geografici associati alle direzioni contigue a quella considerata; in questo modo i fetch efficaci tengono conto del fatto che alla generazione del moto ondoso oltre alla superficie marina individuata nella direzione media w lungo la quale spira il vento contribuiscono anche le porzioni di mare dalle direzioni comprese in un settore di rispetto alla direzione media di azione del vento. Di conseguenza la lunghezza dei fetch efficaci risulta essere diversa da quella dei fetch geografici. Il calcolo dei fetch efficaci può essere eseguito in base alla seguente relazione: F e, w w i i w w F i w cos cos n1 n ( ) ( ) i i w w (2.1.1) nella quale i simboli che compaiono rappresentano i seguenti parametri: F e,w lunghezza del fetch efficace relativa alla direzione w ; F i lunghezza del fetch geografico relativa alla direzione i-esima i ; w w - i w + n direzione media (riferita al nord geografico) di possibile provenienza del vento responsabile del fenomeno di generazione del moto ondoso lungo la traversia; direzione i-esima (riferita al nord geografico) relativa ad un settore di 2 considerato nell intorno della direzione w ; ampiezza del settore di possibile provenienza del moto ondoso (il metodo di Saville prevede un valore di = ± 45 mentre quello di Seymour fa riferimento ad un valore di = ± 90 ); termine esponenziale definito in funzione della legge di distribuzione direzionale degli spettri di moto ondoso che caratterizzano il sito in esame (solitamente si assume n = 4). 8

10 L equazione (2.1.1) deriva dalla teoria di ricostruzione indiretta del moto ondoso nota come metodo S.M.B. (Sverdrup, Munk e Bretsheneider, 1947) e dai suoi successivi aggiornamenti (Saville 1954, Seymour 1977, Smith 1991). I fetch efficaci ottenuti utilizzando il modello ENIF (1), per il calcolo automatico dell equazione 2.1.1, sono riportati graficamente nel diagramma polare di Figura 2.3 e numericamente nella Tabella 2.1 e nel grafico di Figura 2.4. Il fetch efficace massimo ottenuto risulta pari a circa 330 km ed è riferito alla direzione 160 Nord (Mezzogiorno). L applicazione del modello numerico suddetto consente inoltre di definire la legge di deviazione tra la direzione media del vento e la direzione media del moto ondoso generato (Figura 2.5). Figura 2.3: Fetch efficaci al largo di Rio Marina 1 Modello di calcolo numerico sviluppato e commercializzato dalla MODIMAR s.r.l. 9

11 Tabella Fetch geografici ed efficaci al largo di Rio Marina. Figura Valori dei fetch efficaci in funzione della direzione. Figura Legge di deviazione tra la direzione media del vento e la direzione media del moto ondoso generato. 10

12 3 Definizione del clima di moto ondoso Per una corretta progettazione e redazione dell adeguamento tecnico funzionale del PRP di Rio Marina risulta indispensabile analizzare le caratteristiche degli stati di mare che contraddistinguono il paraggio in esame con particolare riferimento al clima di moto ondoso incidente sotto costa. Pertanto è stata effettuata una serie di indagini e studi finalizzati alla conoscenza del regime del moto ondoso al largo del sito in esame, ovvero su fondali che caratterizzano condizioni di acqua profonda per la quasi totalità delle onde e quindi trascurabili fenomeni di alterazione e condizionamento (ad es. per rifrazione, shoaling e/o attrito sul fondo) nei confronti degli stati di mare generati. Si è proceduto pertanto al reperimento ed all analisi dei dati di moto ondoso disponibili nella zona d interesse con particolare preferenza verso le registrazioni di moto ondoso effettuate attraverso boe ondametriche direzionali e che ricoprono un intervallo di tempo sufficientemente lungo. Data la mancanza di misure d'onda rappresentative nelle vicinanze del sito in esame, per i dati ondametrici si è fatto riferimento alle registrazioni effettuate, come accennato nelle premesse, alle boe ondametriche direzionali ubicate al largo di Torrevaldaliga Nord, di Capo Linaro e di Civitavecchia (Figura 1.1). Visto il differente periodo di registrazione delle tre boe ondametriche, (boa Enel di Torrevaldaliga: periodo ; boa Ron Capo Linaro: periodo ; boa Ron di Civitavecchia: periodo ), al fine di poter utilizzare l intera serie di dati ondametrici registrati, è stato necessario effettuare la trasposizione geografica dei dati prima dalla boa ondametrica di Torrevaldaliga Nord alla boa Ron di Capo Linaro e poi dalla boa di Capo Linaro alla boa di Civitavecchia. Attraverso questo metodo è stato possibile infatti ricostruire un'unica serie storica di dati ondametrici alla boa di Civitavecchia che si estende per un periodo che va da febbraio 1994 a maggio Tale serie, attraverso un ulteriore trasposizione geografica, ha consentito la ricostruzione del clima di moto ondoso al largo di Piombino, a circa 6.5 km dalla costa, in corrispondenza della boa Enel che ha permesso così di verificare e validare i dati ondametrici registrati con quelli derivati attraverso la trasposizione geografica (Figura 2.1). 11

13 La serie così ricostruita a largo di Piombino è stata infine trasposta al largo di Rio Marina, a circa 2.0 km dalla costa, su fondali di circa -55 m s.m.m., e successivamente, attraverso il modello di rifrazione inversa spettrale MEROPE, è stata propagata in un punto opportunamente scelto sotto costa, in prossimità dell attuale imboccatura portuale del porto di Rio Marina, su un fondale di circa -20 m s.m.m. (Figura 3.1). Figura 3.1 Punti di trasposizione a largo di Rio Marina e di propagazione sotto costa in prossimità delle opere. 12

14 3.1 Descrizione delle stazioni ondametriche di misura - Torrevaldaliga Nord La boa ondametrica direzionale di Torrevaldaliga, di proprietà di ENEL-SRI-PIS, è ubicata ad una distanza di circa 800 m dalla diga di sopraflutto del porto di Civitavecchia, alla batimetrica 35 m s.l.m.m., per un periodo di registrazioni che si estende dal febbraio 1994 al marzo 2003 e con un rendimento medio pari a circa l 85 %. - Capo Linaro La stazione ondametrica di Capo Linaro, appartenente alla Rete Ondametrica Nazionale gestita dall Apat, ha sostituito a partire dal marzo 2003 la vecchia boa ondametrica di Torrevaldaliga. La boa ondametrica direzionale della stazione in questione, del tipo TRIAXYS (Figura 3.2), ubicata al largo del promontorio di Capo Linaro, su fondali di circa -90 m e ad una distanza di circa 6 km dalla costa, ha un periodo di registrazione che si estende da marzo 2003 a settembre 2006 ed un rendimento medio pari a circa il 67%. - Civitavecchia Il 16/07/2009 è stato ormeggiato il nuovo ondametro "Axys Watchkeeper" nel sito di Civitavecchia, a sostituzione della stazione ondametrica di Capo Linaro, alle coordinate 42 07'.9N E (Figura 3.2). Le registrazioni effettuate da tale boa ondametriche e prese in considerazione nel presente studio si estendono da novembre 2009 a maggio 2013 con un rendimento medio complessivo pari a circa il 68%. Si evidenzia che, come già detto in precedenza, al fine di poter utilizzare un unica serie di dati ondametrici per un periodo complessivo di registrazioni che si estende da febbraio 1994 a maggio 2013, è stato necessario effettuare dapprima la trasposizione geografica dei dati ondametrici dalla boa di Torrevaldaliga alla boa ondametrica di Capo Linaro e successivamente dalla boa di Capo Linaro alla nuova boa di Civitavecchia. Nella Tabella 3.1 sono riportati i rendimenti mensili ed il numero di stati di mare, registrati con cadenza trioraria, relativi agli ondametri di Torrevaldaliga, Capo Linaro e Civitavecchia. 13

15 Figura 3.2 Caratteristiche ed ubicazione delle boe ondametriche di Torrevaldaliga, di Capo Linaro e di Civitavecchia. 14

16 Tabella Rendimento medio mensile degli ondametri presi in riferimento Anno Mese Numero Rendimento Anno Mese Numero Rendimento Anno Mese Numero Rendimento Eventi (%) Eventi (%) Eventi (%) BOA DI TORREVALDALIGA BOA DI CIVITAVECCHIA BOA DI CAPOLINARO Numero totale eventi registrati: Rendimento complessi vo ondame 65.44% 15

17 3.1.1 Clima di moto ondoso al largo di Civitavecchia Al fine di individuare la frequenza di accadimento di ogni singola classe di eventi, gli stati di mare registrati dalle boe ondametriche sono stati suddivisi in base al valore dell altezza d onda significativa ed alla direzione di provenienza. Tale suddivisione è stata eseguita sia per tutti gli eventi della serie, sia considerando separatamente gli eventi stagionali. Nella Figura 3.3 vengono riportate le rose annuale e stagionali relative alla boa ondametrica di Civitavecchia (in settori di ampiezza di 15 ) e dalla Tabella 3.2 alla Tabella 3.6 vengono riportati gli stessi risultati in forma numerica. Figura 3.3 Rose stagionali ed annuale della distribuzione direzionale degli eventi di moto ondoso al largo di Civitavecchia 16

18 Dall analisi dei risultati (in particolare della Tabella 3.2) si evince che: il 49% circa degli eventi (corrispondente ad una durata media di circa 5.9 mesi/anno) ha una altezza significativa superiore a 0.5 m (valore di soglia di riferimento per stati di mare apprezzabili per i fenomeni di modellazione del litorale); per eventi con Hs > 0.5 m, i maggiori contributi provengono dal settore Libeccio- Ponente (220 N-300 N) con una frequenza di accadimento pari a circa il 25% degli eventi (3 mesi/anno), e in forma minore dal settore di Ostro-Libeccio (150 N-210 N) con circa il 20% degli eventi (2.5 mesi/anno); gli stati di mare con Hs > 3.5 m (eventi estremi) provengono principalmente dal settore di Libeccio-Ponente (0.13 % anno 11 ore/anno) e in forma minore da settore di Ostro (0.014 % anno 1 ore/anno); i massimi valori di altezza d onda misurati (superiori a 4.5 m) provengono dal ristretto settore compreso tra 230 N e 240 N (0,005% anno 1/2 ora/anno); Tabella 3.2 Clima annuale Civitavecchia: eventi di moto ondoso triorari classificati per altezza e direzione Civitavecchia Serie ondametrica al largo ( Dati rilevati dal 03/02/1994 al 31/05/2013 ) Distribuzione percentuale degli eventi ondosi per classi di Hs e direzione di provenienza. Regime ANNUALE DIR CLASSI DI ALTEZZA D'ONDA SIGNIFICATIVA Hs (m) ( N) >= 6.5 TOT TOT Tot. cumul Numero di eventi validi:

19 Tabella 3.3 Clima primaverile Civitavecchia: eventi di moto ondoso triorari classificati per altezza e direzione Civitavecchia Serie ondametrica al largo ( Dati rilevati dal 03/02/1994 al 31/05/2013 ) Distribuzione percentuale degli eventi ondosi per classi di Hs e direzione di provenienza. Regime PRIMAVERILE DIR CLASSI DI ALTEZZA D'ONDA SIGNIFICATIVA Hs (m) ( N) >= 6.5 TOT TOT Tot. cumul Numero di eventi validi: 9734 Tabella 3.4 Clima estivo Civitavecchia: eventi di moto ondoso triorari classificati per altezza e direzione Civitavecchia Serie ondametrica al largo ( Dati rilevati dal 03/02/1994 al 31/05/2013 ) Distribuzione percentuale degli eventi ondosi per classi di Hs e direzione di provenienza. Regime ESTIVO DIR CLASSI DI ALTEZZA D'ONDA SIGNIFICATIVA Hs (m) ( N) >= 6.5 TOT TOT Tot. cumul Numero di eventi validi:

20 Tabella 3.5 Clima autunnale Civitavecchia: eventi di moto ondoso triorari classificati per altezza e direzione Civitavecchia Serie ondametrica al largo ( Dati rilevati dal 03/02/1994 al 31/05/2013 ) Distribuzione percentuale degli eventi ondosi per classi di Hs e direzione di provenienza. Regime AUTUNNALE DIR CLASSI DI ALTEZZA D'ONDA SIGNIFICATIVA Hs (m) ( N) >= 6.5 TOT TOT Tot. cumul Numero di eventi validi: 9265 Tabella 3.6 Clima invernale Civitavecchia: eventi di moto ondoso triorari classificati per altezza e direzione Civitavecchia Serie ondametrica al largo ( Dati rilevati dal 03/02/1994 al 31/05/2013 ) Distribuzione percentuale degli eventi ondosi per classi di Hs e direzione di provenienza. Regime INVERNALE DIR CLASSI DI ALTEZZA D'ONDA SIGNIFICATIVA Hs (m) ( N) >= 6.5 TOT TOT Tot. cumul Numero di eventi validi:

21 3.1.2 Trasposizione del clima di moto ondoso al largo di Piombino Il comune di Piombino e situato sull omonimo promontorio, è collocato a circa 105 km a Nord-Ovest dalla stazione ondametrica di Civitavecchia. Le registrazioni ondametriche in esame, pur essendo rappresentative dell esposizione climatica del Tirreno centrale, non tengono conto della distinta posizione geografica del sito e per tale motivo è stato necessario, come lo è stato per la ricostruzione di un unica serie alla boa ondametrica di Civitavecchia, applicare una metodologia di «trasposizione geografica» del clima d onda che consenta di ricostruire in maniera indiretta la serie storica di dati ondametrici al largo del porto di Piombino. E importante sottolineare che, vista la disponibilità di misure dirette di dati ondametrici effettuate da una boa gestita dall'enel in prossimità del porto di Piombino, seppur riferite a soli pochi anni di registrazioni, la ricostruzione indiretta del moto ondoso al largo è stata effettuata in un punto opportunamente scelto e coincidente con il punto di ubicazione della boa ondametrica gestita dall'enel. Tale accortezza ha consentito, sulla base di un attento confronto tra i dati ondametrici ricostruiti attraverso la trasposizione geografica e quelli registrati direttamente dalla boa Enel, dapprima la verifica dell'ottimo accordo delle due serie di dati poste a confronto e successivamente la calibrazione dell'intera serie storica ricostruita al largo di Piombino a partire dalle registrazioni dirette effettuate dalle boe RON di Civitavecchia. I dati ondametrici storici, ricostruiti e calibrati, sono stati successivamente analizzati al fine di poter definire il regime ondametrico a largo di Piombino; nella Figura 3.4 vengono riportati i risultati delle analisi sotto forma di grafici polari o rose climatiche, mentre dalla Tabella 3.7 alla Tabella 3.11 gli stessi risultati vengono riportati in forma numerica. Nella Figura 3.5 viene riportata la rosa annuale del regime ondametrico analizzato alla boa Enel di Piombino; gli stessi risultati sono riportati in forma numerica nella Tabella Dal confronto delle rose annuali ottenute dai dati registrati dalla boa ondametrica Enel di Piombino e dai dati storici ricostruiti sulla base di questi ultimi, ovvero dal contronto tra la Tabella 4.1 e la tabella 3.7, si evince come i dati trasposti e calibrati al largo di Piombino siano in ottimo accordo con i dati registrati direttamente dalla boa ondametrica gestita dall'enel ed ubicata nello stesso punto scelto per la trasposizione geografica. 20

22 Figura Rose della distribuzione direzionale degli eventi di moto ondoso al largo di Piombino 21

23 Figura Boa Enel di Piombino: rosa della distribuzione direzionale degli eventi di moto ondoso annuali Tabella 3.7 Clima annuale al largo di Piombino: eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. Piombino Serie ondametrica al largo ( Dati rilevati dal 03/02/1994 al 31/05/2013 ) Distribuzione percentuale degli eventi ondosi per classi di Hs e direzione di provenienza. Regime ANNUALE DIR CLASSI DI ALTEZZA D'ONDA SIGNIFICATIVA Hs (m) ( N) >= 6.5 TOT TOT Tot. cumul Numero di eventi validi:

24 Tabella 3.8 Piombino largo (Clima invernale): eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. Piombino Serie ondametrica al largo ( Dati rilevati dal 03/02/1994 al 31/05/2013 ) Distribuzione percentuale degli eventi ondosi per classi di Hs e direzione di provenienza. Regime INVERNALE DIR CLASSI DI ALTEZZA D'ONDA SIGNIFICATIVA Hs (m) ( N) >= 6.5 TOT TOT Tot. cumul Numero di eventi validi: 8451 Tabella 3.9 Piombino largo (clima autunnale): eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. Piombino Serie ondametrica al largo ( Dati rilevati dal 03/02/1994 al 31/05/2013 ) Distribuzione percentuale degli eventi ondosi per classi di Hs e direzione di provenienza. Regime AUTUNNALE DIR CLASSI DI ALTEZZA D'ONDA SIGNIFICATIVA Hs (m) ( N) >= 6.5 TOT TOT Tot. cumul Numero di eventi validi:

25 Tabella 3.10 Piombino largo (clima primaverile): eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. Piombino Serie ondametrica al largo ( Dati rilevati dal 03/02/1994 al 31/05/2013 ) Distribuzione percentuale degli eventi ondosi per classi di Hs e direzione di provenienza. Regime PRIMAVERILE DIR CLASSI DI ALTEZZA D'ONDA SIGNIFICATIVA Hs (m) ( N) >= 6.5 TOT TOT Tot. cumul Numero di eventi validi: 9734 Tabella 3.11 Piombino largo (clima estivo): eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. Piombino Serie ondametrica al largo ( Dati rilevati dal 03/02/1994 al 31/05/2013 ) Distribuzione percentuale degli eventi ondosi per classi di Hs e direzione di provenienza. Regime ESTIVO DIR CLASSI DI ALTEZZA D'ONDA SIGNIFICATIVA Hs (m) ( N) >= 6.5 TOT TOT Tot. cumul Numero di eventi validi:

26 Tabella 3.12 Boa Enel di Piombino (clima annuale): eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. Boa Enel Piombino Serie ondametrica al largo ( Dati rilevati dal 01/12/1999 al 28/02/2003 ) Distribuzione percentuale degli eventi ondosi per classi di Hs e direzione di provenienza. Regime ANNUALE DIR CLASSI DI ALTEZZA D'ONDA SIGNIFICATIVA Hs (m) ( N) >= 6.5 TOT TOT Tot. cumul Numero di eventi validi: 8177 Dall analisi dei risultati ottenuti e più in particolare dai risultati riportati nella Tabella 3.7 si evidenzia che: gli eventi con altezza d onda significativa superiore ai 0.5 m sono circa il 47% (corrispondente ad una durata media annua di circa 5.6 mesi) e provengono per circa il 92% dal settore compreso tra 160 e 300 N; per eventi con H s > 3.5 m gli stati di mare sono concentrati su un settore compreso tra 160 e 200 N con una frequenza pari a circa lo 0.065% (circa 6 ore l anno) e su un ristretto settore compreso tra 280 e 290 N con una frequenza pari a circa lo 0.014% (circa 1 ora l anno); le altezze d onda massime registrate all interno del settore di traversia principale risultano comunque non superiori a 5.0 m. 25

27 4 Clima di moto ondoso al largo di Rio Marina 4.1 Trasposizione geografica al largo di Rio Marina Il sito oggetto di studio, appartenente al comune di Rio Marina e situato sulla costa orientale dell isola d Elba, è collocato a circa 15 km a Sud-Ovest dalla boa ondametrica gestita dall Enel in prossimità del porto di Piombino dove sono stati ricostruiti e calibrati la serie storica delle registrazioni dirette effettuate dalle boe RON di Civitavecchia. E necessario quindi, come lo è stato per la ricostruzione di un unica serie alla boa ondametrica di Piombino, applicare una metodologia di «trasposizione geografica» del clima d onda che consenta di ricostruire in maniera indiretta la serie storica di dati ondametrici al largo del porto di Rio Marina necessaria per poter definire tutti i principali parametri meteomarini ritenuti significativi per la progettazione delle opere portuali. Nel dettaglio, il metodo di trasposizione consiste nel determinare la corrispondenza tra le direzioni, le altezze ed i periodi del moto ondoso relative al punto di misura e quelle nel punto di interesse. L'ipotesi di base della metodologia (P.Contini e P. De Girolamo, 1998) consiste nel supporre che le stesse condizioni di vento (velocità e direzione), che hanno determinato le condizioni di moto ondoso registrate dall'ondametro di Civitavecchia, abbiano interessato anche l'area di generazione situata al largo del sito di interesse. Inoltre si ipotizza che le aree di generazione del moto ondoso possano essere determinate per ciascun punto utilizzando il concetto di "fetch efficace" (Seymour, 1977). Nel caso di fetch limitati, le leggi che permettono di calcolare l'altezza d'onda significativa spettrale H mo e il periodo di picco spettrale T m in fuzione della lunghezza del fetch e della velocità del vento sono le seguenti (Vincent, 1984, Shore Protection Manual, 1984): gh 2 U A gt 2 U m A m 3 gf (1) U A 1 1 gf (2) U A 1 dove U A è il fattore di velocità del vento ("wind stress factor"), dipendente in modo non lineare dalla velocità del vento misurata alla quota +10 m s.l.m., ed F è il fetch efficace relativo ad una prefissata direzione geografica. 26

28 Indicando con gli apici O e P rispettivamente le grandezze relative al punto di misura e al punto di trasposizione, e fissata una direzione geografica (direzione media da cui spira il del vento) alla quale risultano associati i fetch efficaci F P e F O, le precedenti relazioni permettono di stabilire la ricercata corrispondenza tra le altezze ed i periodi delle onde relative al punto O e al punto P: H H P mo O mo 1 2 P F 1 K F 2 O F (3) T T P mo O mo 1 3 P F 1 K F 3 O F (4) Per ottenere le precedenti relazioni si è ovviamente supposto che il fattore di velocità del vento sia lo stesso nei due punti in esame. Tale assunzione deriva dall'aver ipotizzato che le aree di generazione dei due punti siano interessate dalla stessa perturbazione climatica e quindi dalla stessa velocità del vento. Il termine K F è il parametro di trasposizione geografica; valori inferiori ad 1 implicano un attenuazione delle caratteristiche del moto ondoso nel punto di trasposizione rispetto a quello di misura. Il metodo si completa utilizzando la legge di Leenknecht et al., 1992 (vedi anche ACES, 1992) che stabilisce il legame tra la direzione media del vento W e la direzione media del moto ondoso da esso generato. La direzione del moto ondoso nel punto di trasposizione P viene calcolata in funzione della suddetta legge di corrispondenza con la direzione media del vento (esplicitata rispetto ad W per il punto di misura e rispetto a P per il punto di trasposizione): W f O (5) P f f (6) w O L applicazione del metodo impone la preliminare caratterizzazione dei fetch geografici ed efficaci per i siti (ondametro di Civitavecchia, punto al largo di Piombino e punto al largo di Rio Marina); a tal scopo è stato utilizzato il modello di calcolo ENIF, per la definizione dei fetch efficaci, abbinato al modello di calcolo SAGITTA (2) che elabora in automatico tutta la 2 Modello di calcolo numerico sviluppato e commercializzato dalla MODIMAR s.r.l. 27

29 serie ondametrica del punto di misura e la traspone in funzione delle equazioni sopra descritte. I risultati ottenuti dalle seguenti elaborazioni hanno consentito di definire indirettamente il clima d onda che contraddistingue il paraggio costiero di Rio Marina; nella Figura 4.1 vengono riportati i risultati delle analisi sotto forma di grafici polari o rose climatiche, mentre dalla Tabella 4.1 alla Tabella 4.5 gli stessi risultati vengono riportati in forma numerica. Figura Rose della distribuzione direzionale degli eventi di moto ondoso al largo di Rio Marina 28

30 Tabella 4.1 Clima annuale al largo di Rio Marina: eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. 29

31 Tabella 4.2 Rio Marina largo (Clima invernale): eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. 30

32 Tabella 4.3 Rio Marina largo (clima autunnale): eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. 31

33 Tabella 4.4 Rio Marina largo (clima primaverile): eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. 32

34 Tabella 4.5 Rio Marina largo (clima estivo): eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. 33

35 Dall analisi dei risultati ottenuti e più in particolare dai risultati riportati nella Tabella 4.1 si evidenzia che: gli eventi con altezza d onda significativa superiore ai 0.5 m sono circa il 20% (corrispondente ad una durata media annua di circa 2.4 mesi) e provengono per circa il 99% dal settore compreso tra 120 e 200 N; per eventi con H s > 3.5 m gli stati di mare sono concentrati su un settore compreso tra 150 e 170 N con una frequenza pari a circa lo 0.06% (circa 5.5 ore l anno); le altezze d onda massime registrate all interno del settore di traversia principale risultano comunque non superiori a 4.5 m. Come ulteriore riscontro oggettivo delle caratteristiche del clima d onda al largo di Rio Marina, si è fatto riferimento ai risultati riportati sul MEDATLAS, Atlante del vento e delle onde nel Mar Mediterraneo pubblicato di recente dalla ISMAR (Istituto di Scienze Marine,CNR) in collaborazione con la Thetis S.p.a. ed altri partner europei. Si tratta di un data-set di vento ed onde relativo ad una griglia di nodi, ad intervalli di circa 50 km, che coprono tutto il bacino del Mediterraneo, ottenuto dall analisi e dall utilizzo di tre sorgenti di informazione: boe ondametriche, satelliti e modelli numerici spettrali di terza generazione. Tra questi nodi, per il confronto dei dati, si è fatto riferimento a quello più prossimo al sito di Rio Marina e cioè il nodo posto alla latitudine 42.5 N ed alla longitudine 10.5 E, a circa 30 Km a sud del sito stesso. Sono stati quindi analizzati e successivamente confrontati i risultati che caratterizzano il clima d onda nel nodo scelto con quelli ottenuti dalle elaborazioni dei dati trasposti a partire dalle registrazioni dirette di moto ondoso effettuate dalle boa ondametriche RON di Civitavecchia. Di seguito (Figura 4.3) viene riportata la rosa annuale ricostruita dalla tabella della distribuzione direzionale degli eventi di moto ondoso riportati dal Medatlas dal quale è possibile verificare il pieno accordo con i risultati ottenuti dalla trasposizione geografica al largo di Rio Marina dei dati registrati alla boa ondametrica di Civitavecchia. 34

36 LAT: 42.5 ; LON: 10.5 Figura 4.2: particolare della griglia estratta dall atlante del vento e delle onde nel Mar Mediterraneo (Medatlas) con l indicazione del nodo scelto per il confronto dei dati. Figura 4.3: rosa climatica annuale fornita dal Medatlas al largo dell isola d Elba. 35

37 4.2 Moto ondoso generato all interno del Golfo di Follonica La trasposizione geografica delle registrazioni ondametriche, descritta precedentemente, ha individuato il settore di traversia principale di provenienza del moto ondoso (settori di scirocco e mezzogiorno) al largo di Rio Marina. Tali registrazioni, pur essendo rappresentative dell esposizione climatica del Tirreno centrale, non tengono conto del settore di traversia secondario di Rio Marina che si affaccia a levante verso il golfo di Follonica e si spinge fino a SudEst tra Punta Ala e il Promontorio dell Argentario. Per tenere conto dei fenomeni locali di generazione del moto ondoso lungo il settore di traversia secondario di Rio Marina, si è fatto riferimento alle misure anemometriche locali con le quali, tramite il modello matematico ALTAIR (3) hindcasting tipo S.M.B. di ricostruzione di stati di mare in funzione di serie storiche di registrazioni anemometriche, ne ha consentito la definizione del moto ondoso per lo specifico settore di traversia. La fonte di dati anemometrici utilizzata è quella registrata alla stazione dell Elba sul Monte Calamita gestita dall Aeronautica Militare. La scelta è ricaduta sulla suddetta stazione sia per la vicinanza col sito di interesse e sia per avere una posizione tale da permettere una registrazione delle misure di vento non influenzata dall orografia locale soprattutto per il settore di traversia secondario oggetto di indagine (Figura 2.1). La serie analizzata copre il periodo e la cui analisi ed elaborazione viene riportata in maniera dettagliata nel Capitolo 8 a cui si rimanda per la maggiore completezza. Per la ricostruzione delle caratteristiche ondametriche è stato utilizzato il modello numerico ALTAIR che applica le equazioni del metodo S.M.B. (vedi appendice) e che ha quindi consentito di ricostruire la serie storica di altezze d onda significative, periodi significativi e direzioni di provenienza del moto ondoso nel periodo compreso tra il 1961 e il Nella Figura 4.1 vengono riportati i risultati delle analisi sotto forma di grafici polari o rose climatiche, mentre dalla Tabella 4.6 alla Tabella 4.10 gli stessi risultati vengono riportati in forma numerica. 3 Modello di calcolo numerico sviluppato e commercializzato dalla MODIMAR s.r.l. 36

38 Figura Rose della distribuzione direzionale degli eventi di moto ondoso al largo di Rio Marina nel settore di traversia secondario 37

39 Tabella 4.6 Clima annuale al largo di Rio Marina settore di traversia secondario: eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. 38

40 Tabella 4.7 Rio Marina largo (Clima invernale) settore di traversia secondario: eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. 39

41 Tabella 4.8 Rio Marina largo (clima autunnale) settore di traversia secondario: eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. 40

42 Tabella 4.9 Rio Marina largo (clima primaverile) settore di traversia secondario: eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. 41

43 Tabella 4.10 Rio Marina largo (clima estivo) settore di traversia secondario: eventi di moto ondoso triorari classificati per Hs e direzione. 42

44 Dall analisi dei risultati ottenuti e più in particolare dai risultati riportati nella Tabella 4.6 si evidenzia che: gli eventi con altezza d onda significativa superiore ai 0.5 m sono circa il 14% (corrispondente ad una durata media annua di circa 1.7 mesi) e provengono per circa il 90% dal settore compreso tra 30 e 130 N; per eventi con H s > 2.0 m gli stati di mare sono concentrati su un settore compreso tra 70 e 130 N con una frequenza pari a circa lo 0.05% (circa 4.4 ore l anno); le massime altezze d onda risultano comunque non superiori a 3.5 m. 43

45 4.3 Analisi statistica degli eventi estremi di moto ondoso al largo Per il corretto dimensionamento strutturale ed idraulico di un opera marittima è necessario determinare la cosiddetta "onda di progetto" in acqua profonda in base ad un analisi statistica dei valori delle altezze d'onda rappresentative delle condizioni estreme (valori al colmo) di ogni singola mareggiata. Per eseguire l analisi statistica delle altezze d onda risulta necessario selezionare preliminarmente dei campioni di dati che rispondano al doppio requisito di risultare tra di loro statisticamente indipendenti ed omogenei. Per quanto riguarda l indipendenza statistica di solito si utilizza il metodo POT (Peaks Over Treshold detto anche della serie di durata parziale sopra soglia ) che consiste nel prendere in esame il solo valore massimo di altezza d onda (valore di picco) che si verifica nell ambito di una singola mareggiata. L individuazione di ciascuna mareggiata nell ambito della serie storica viene effettuata introducendo una soglia di altezza d onda e considerando che il singolo evento (mareggiata) abbia inizio quando l altezza d onda significativa superi per la prima volta il valore della soglia prestabilito. Conseguentemente si ipotizza che l evento termini quando l altezza d onda significativa assume per la prima volta un valore inferiore a quello di soglia oppure quando si verifica un forte scarto della direzione del moto ondoso. Selezionati gli eventi di picco, l omogeneità dei dati di solito viene assicurata raggruppando gli stessi dati in eventi caratterizzati da una simile genesi meteorologica. Ciò normalmente si traduce nel separare i valori massimi di altezze d onda registrati in distinti settori di provenienza degli stati di mare. Gli stati di mare, caratterizzati da una altezza d onda significativa (Hs) superiore alla soglia individuata, sono quindi oggetto di una elaborazione statistica al fine di ricavare, mediante una regolarizzazione degli eventi estremi secondo note funzioni probabilistiche, le caratteristiche del moto ondoso da associare ad assegnati tempi di ritorno T R (o probabilità di occorrenza). Le leggi adottate di distribuzione di probabilità cumulata di non superamento (funzione di ripartizione) sono quella di Weibull (limitata inferiormente): x P X ( x) 1 exp min 44

46 e la legge di Gumbel P X ( x) exp e max xb dove X è la variabile aleatoria, x il valore di non superamento mentre, =-,, e b sono i parametri delle distribuzioni. Tenendo conto che la probabilità cumulata di non superamento è legata al tempo di ritorno dell evento dalla relazione: Tr X x 1 1 P X x si possono stimare le altezze d onda significative relative a diversi tempi di ritorno. Nel diagramma polare riportato nella Figura 4.5 sono riportati i valori di picco delle mareggiate ricostruite sulla base dei dati di moto ondoso ricostruiti alla boa ondametrica di Civitavecchia caratteristici del settore di traversia principale ( N) e dalle mareggiate, ricostruite sulla base dei dati anemometrici, caratteristiche del settore di traversia secondario ( N) che è stato ulteriormente diviso nel settore tra i 30 e i 90 N caratteristico del paraggio che affaccia sul Golfo di Follonica e nel settore tra i 90 e i 130 N caratteristico del paraggio che si affaccia tra Punta Ala e il promontorio dell Argentario. In particolare, per ciascuna mareggiata individuata sono stati riportati i valori di altezza d'onda significativa, superiori ad 1.0 m, registrati al colmo dell'evento. Individuato il settore di provenienza del moto ondoso, si è quindi proceduto a determinare per esso il valore di soglia dell altezza d onda significativa da utilizzare per isolare ciascun evento e quindi i corrispondenti valori di picco. Il valore di soglia è stato individuato seguendo il metodo proposto da Goda (1988). Dalla Tabella 4.11 alla Tabella 4.13 e nella Figura 4.6 e Figura 4.8 sono riportati i risultati delle analisi statistiche. 45

47 Figura 4.5 Diagramma polare delle mareggiate con altezza d onda al colmo superiore ad 1.0 m al largo di Rio Marina 46

48 Tabella 4.11 Rio Marina (Settore di traversia principale Nord): valori dell altezza d onda significativa in funzione del tempo di ritorno per diverse leggi di regressione. 47

49 Figura 4.6 Rio Marina (Settore di traversia principale Nord): valori dell altezza d onda significativa in funzione del tempo di ritorno secondo la legge di Weibull (=1.0). 48

50 Tabella 4.12 Rio Marina (Settore di traversia secondario Nord): valori dell altezza d onda significativa in funzione del tempo di ritorno per diverse leggi di regressione. 49

51 Figura 4.7 Rio Marina (Settore di traversia secondario Nord): valori dell altezza d onda significativa in funzione del tempo di ritorno secondo la legge di Weibull (=1.0). 50

52 Tabella 4.13 Rio Marina (Settore di traversia secondario Nord): valori dell altezza d onda significativa in funzione del tempo di ritorno per diverse leggi di regressione. 51

53 Figura 4.8 Rio Marina (Settore di traversia secondario Nord): valori dell altezza d onda significativa in funzione del tempo di ritorno secondo la legge di Weibull (=1.0). 52

54 4.4 Correlazione tra l altezza ed il periodo d onda Gli eventi di moto ondoso ricostruiti al largo di Rio Marina, per entrambi i settori di traversia (principale e secondario), sono stati suddivisi in base al valore dell altezza d onda significativa e del periodo di picco al fine di individuare la frequenza di accadimento di ogni singola classe di eventi. Al fine di individuare la legge di dipendenza tra il periodo di picco delle onde T p e l altezza d onda significativa H s si è fatto riferimento alla seguente relazione (Mathiesen et al., 1994) utilizzata anche nell Atlante delle Onde Italiane: T p = a (H s ) b ove i parametri a e b sono stati ricavati dall analisi di correlazione statistica dei dati ricostruiti al largo di Rio Marina. Nella Figura 4.9 e Figura 4.10 sono riportati i diagrammati in funzione del periodo T p e dell altezza d onda H s, e la legge di dipendenza utilizzata (T p = 5.0H 0.36 s per il settore di traversia principale e T p = 4.0H 0.49 s per il settore di traversia secondario). Figura 4.9 Correlazione statistica tra periodo di picco ed altezza d onda significativa settore di traversia principale. Figura 4.10 Correlazione statistica tra periodo di picco ed altezza d onda significativa settore di traversia secondario. 53

55 5 Clima sottocosta Per definire le condizioni di moto ondoso che caratterizzano il porto di Rio Marina è stato necessario eseguire uno studio di propagazione del moto ondoso ricostruito al largo in un punto opportunamente scelto in prossimità dell attuale imboccatura portuale (Figura 5.1). A tal fine è stato necessario in primo luogo scegliere il modello numerico più appropriato per lo studio in questione. La scelta del modello numerico viene normalmente effettuata a valle di una attenta analisi dei principali fenomeni fisici che condizionano l evoluzione delle onde durante la loro propagazione. Per quanto riguarda i meccanismi che possono alterare la propagazione delle onde sui fondali via via decrescenti, che collegano il mare aperto alla zona di intervento, la regolarità dell andamento delle linee batimetriche, che caratterizzano il paraggio in esame, permette di ritenere che essi siano costituiti in modo dominante dalla rifrazione e dallo shoaling e che possano essere ritenuti trascurabili i processi diffrattivi (diffrazione esterna ed interna). Per quanto riguarda i processi dissipativi (attrito sul fondo e frangimento), nel caso in esame, si può affermare che la loro importanza diventa rilevante solo su fondali aventi profondità inferiori a m. Sulla base delle considerazioni appena effettuate si è scelto, per la propagazione sotto costa della serie ricostruita a largo di Rio Marina, il modello numerico di propagazione inversa spettrale MEROPE (4). Le condizioni al contorno (contorno di largo) sono espresse in termini di altezza, direzione e periodo caratteristici del moto ondoso incidente. 5.1 Griglia di calcolo Nella Figura 5.1 vengono riportati i confini della griglia di calcolo utilizzata per l applicazione del modello MEROPE ed il punto di rifrazione inversa spettrale scelto per la propagazione sotto costa, rappresentativo per le condizioni climatiche che interessano il porto di Rio Marina. 4 Modello di calcolo numerico sviluppato e commercializzato dalla MODIMAR s.r.l. 54

56 La griglia di calcolo è stata ottenuta partendo dalla digitalizzazione, sottoforma di polilinee in Autocad, dei valori di profondità ricavati dalla carta nautica n 117 scala 1: Isola d Elba, integrata nella rada prospiciente il porto con rilievi topo-batimetrici di dettaglio. Figura Ubicazione della griglia di calcolo per il modello Merope con la localizzazione del punto di inversa spettrale prescelto Tali batimetrie sono state opportunamente digitalizzate allo scopo di ottenere un insieme opportuno di punti sparsi, cioè non disposti su un grigliato regolare, sull area di interesse. Ciascun punto è caratterizzato dalle coordinate x,y,z, dove x ed y rappresentano la posizione planimetrica del punto e la z il valore della profondità locale riferita al livello medio marino. Tali punti, contenuti in un file, sono stati quindi utilizzati come dati di ingresso per il programma SURFER 8 mediante il quale è stata costruita una griglia di calcolo a maglia regolare, necessaria per il modello Merope. Utilizzando tali dati è stato possibile effettuare un adeguata modellazione digitale del fondale all interno di una vasta area che comprende la zona interessata dagli studi. La griglia utilizzata come input per il modello Merope è costituita da maglie quadrate di lato Dx=Dy=10m che copre un area di forma rettangolare con lati di 6000 m e 4000 m. 55

57 5.2 Condizioni al contorno ed ipotesi di calcolo Per il punto scelto sono stati calcolati 20 piani d'onda d inversa per altrettanti periodi compresi tra 2 e 22 secondi, tracciando una serie di raggi (ortogonali ai fronti d onda), spaziati di 0.5, sino a coprire l intero settore (geografico) di traversia. I 4000 piani d onda inversi (20x200) hanno consentito di costruire un data-base mediante il quale è stata propagata nel punto prescelto l intera serie storica trasposta al largo di Piombino dalla boa ondametrica di Civitavecchia. Per simulare la dispersione dell energia in frequenza e direzione si è utilizzata la funzione densità spettrale: S(f,)= S(f) G(f,) dove la funzione S(f) è stata espressa con uno spettro di tipo JONSWAP con =3.3 e di altezza significativa e frequenza di picco assegnata. La funzione G(f,) viene esplicitata nel modello MEROPE sulla base dell equazione fornita da Goda (Random Seas and Design of Maritime Structures, World Scientific, Advanced Series on Ocean Engineering, vol 15) ponendo: s max =18 (onde di mare vivo) Si ricorda che le onde di mare vivo (sea), tipiche dell area di generazione (fetch), hanno una elevata dispersione direzionale dell energia e per tale ragione vengono anche chiamate onde a cresta corta. 5.3 Clima d onda sottocosta: punto P Per il punto d inversa spettrale P, la Figura 5.2 riporta in forma grafica l andamento del coefficiente K (K = K r K s con K r coefficiente di rifrazione e K s coefficiente di shoaling) rispetto alla direzione di incidenza al largo e la corrispondenza tra le direzioni del moto ondoso al largo ed i corrispondenti valori di direzione calcolati a riva. 56

58 Figura 5.2 Punto di inversa spettrale P 57

59 Dall esame della figura sopra riportata si evidenzia un attenuazione più marcata per le altezze d onda provenienti dai settori di scirocco e mezzogiorno rispetto a quelle provenienti dal settore di grecale e levante. I valori maggiori del coefficiente k (maggiori o uguali a 0.95) si hanno per onde provenienti dal settore N. Di seguito (Figura 5.3 Figura 5.4) vengono riportate le rose stagionali ed annuale del clima di moto ondoso a riva (punto P) per il settore di traversia principale e nelle Tabella 5.1 Tabella 5.5 gli stessi risultati vengono riportati in forma numerica; mentre (Figura 5.5 Figura 5.6) vengono riportate le rose stagionali ed annuale del clima di moto ondoso a riva (punto P) per il settore di traversia secondario e nelle Tabella 5.6 Tabella 5.10 gli stessi risultati vengono riportati in forma numerica. Figura Rosa annuale della distribuzione direzionale degli eventi di moto ondoso a riva Punto (P) settore di traversia principale. 58

60 Figura Rose stagionali della distribuzione direzionale degli eventi di moto ondoso a riva Punto (P) settore di traversia principale. 59

61 Tabella Punto P: regime annuale degli eventi di moto ondoso classificati per Hs e Dir -distribuzione % settore di traversia principale 60

62 Tabella Punto P: regime invernale degli eventi di moto ondoso classificati per Hs e Dir -distribuzione % settore di traversia principale 61

63 Tabella Punto P: regime autunnale degli eventi di moto ondoso classificati per Hs e Dir -distribuzione % settore di traversia principale 62

64 Tabella Punto P: regime primaverile degli eventi di moto ondoso classificati per Hs e Dir -distribuzione % settore di traversia principale 63

65 Tabella Punto P: regime estivo degli eventi di moto ondoso classificati per Hs e Dir -distribuzione % settore di traversia principale 64

66 Figura Rosa annuale della distribuzione direzionale degli eventi di moto ondoso a riva Punto (P) settore di traversia secondario. Figura Rose stagionali della distribuzione direzionale degli eventi di moto ondoso a riva Punto (P) settore di traversia secondario. 65

67 Tabella Punto P: regime annuale degli eventi di moto ondoso classificati per Hs e Dir -distribuzione % settore di traversia secondario 66

68 Tabella Punto P: regime invernale degli eventi di moto ondoso classificati per Hs e Dir -distribuzione % settore di traversia secondario 67

69 Tabella Punto P: regime autunnale degli eventi di moto ondoso classificati per Hs e Dir -distribuzione % settore di traversia secondario 68

70 Tabella Punto P: regime primaverile degli eventi di moto ondoso classificati per Hs e Dir -distribuzione % settore di traversia secondario 69

71 Tabella Punto P: regime estivo degli eventi di moto ondoso classificati per Hs e Dir -distribuzione % settore di traversia secondario 70

72 5.4 Analisi dei risultati Dall analisi dei risultati ottenuti emerge che, nella propagazione da largo a riva, nel punto P su fondali di circa -20 m s.m.m. il clima di moto ondoso subisce una sostanziale variazione. Il moto ondoso proveniente dal settore di traversia principale presentando una rotazione ed una forte restrizione della traversia che risulta limitata al settore compreso tra 130 N e 150 N. In dettaglio si osserva che: gli eventi con altezza significativa superiore ai 0.5 m sono circa il 17% (corrispondente ad una durata media annua di circa 2.1 mesi) e risultano tutti concentrati all interno di un settore compreso tra 130 e 150 N (Scirocco); gli eventi con H s > 1.5 m provengono tutti da un ristretto settore compreso tra 130 N e 140 N con una frequenza pari a circa lo 1.5% (corrispondente ad una durata di circa 5.5 giorni l anno) concentrata principalmente lungo la direzione 140 N; le altezze d onda massime raggiungibili risultano comunque limitate a valori non superiori a 3.5 m e provengono esclusivamente dal ristretto settore compreso tra 130 e 140 N mostrando una maggiore frequenza di accadimento lungo la direzione 140 N; l analisi della distribuzione stagionale degli eventi conferma una netta prevalenza degli stati di mare estremi in autunno ed in inverno mantenendosi comunque il settore da 130 a 150 N come unico settore all interno del quale provengono tutti gli stati di mare. le onde provenienti dal settore di Scirocco non subiscono sostanziali rotazioni nella loro propagazione verso costa e l attenuazione media dell altezza è di circa il 20%. In conclusione, il moto ondoso a largo proveniente dai settori di traversia principale di Scirocco e Mezzogiorno, a causa della rifrazione e dello shoaling e della particolare esposizione del paraggio in esame, tende a ruotare verso Scirocco, limitando la traversia al settore compreso tra 130 e 150 N, con una sostanziale attenuazione dell altezza d onda significativa. 71

73 Il moto ondoso proveniente dal settore di traversia secondario presentando una leggera rotazione e restrizione della traversia che risulta limitata al settore compreso tra 30 N e 130 N. In dettaglio si osserva che: gli eventi con altezza significativa superiore ai 0.5 m sono circa il 14.5% (corrispondente ad una durata media annua di circa 1.7 mesi) e risultano tutti concentrati all interno di un settore compreso tra 30 e 130 N (Grecale Levante); gli eventi con H s > 1.5 m provengono tutti da un ristretto settore compreso tra 80 N e 130 N con una frequenza pari a circa lo 0.25% (corrispondente ad una durata di circa 1 giorno l anno) concentrata principalmente lungo la direzione 120 N; le altezze d onda massime raggiungibili risultano comunque limitate a valori non superiori a 3.0 m e provengono esclusivamente dal ristretto settore compreso tra 110 e 120 N; l analisi della distribuzione stagionale degli eventi conferma una netta prevalenza degli stati di mare estremi in autunno ed in inverno mantenendosi comunque il settore da 110 a 120 N come unico settore all interno del quale provengono tutti gli stati di mare più estremi. le onde provenienti dal settore di Grecale e Levante non subiscono sostanziali rotazioni nella loro propagazione verso costa e l attenuazione media dell altezza è di circa il 5%. In conclusione, il moto ondoso a largo proveniente dai settori di traversia secondario di Grecale e Levante, a causa della rifrazione e dello shoaling e della particolare esposizione del paraggio in esame, tende a ruotare verso Levante, limitando anche se di poco la traversia al settore compreso tra 30 e 130 N, con una limitata attenuazione dell altezza d onda significativa, 72

74 5.5 Eventi estremi sottocosta Il data-base di correlazione largo riva ottenuto mediante l applicazione del modello di inversa spettrale MEROPE ha consentito di valutare le caratteristiche del moto ondoso associate agli eventi estremi definiti al largo di Rio Marina con l analisi statistica dei valori estremi (Capitolo 4.3). In Tabella 5.11 sono riportate le condizioni di moto ondoso, al largo di Rio Marina e nel punto di propagazione di inversa spettrale P (a ridosso delle opere), per il tempo di ritorno T R = 50 anni. Le condizioni di moto ondoso al largo sono state definite per i tre settori di traversia individuati, utilizzando la legge di adattamento del tipo Weibull (1.0) mentre per il periodo di picco è stata utilizzata le legge di correlazione del tipo T p = a (H S ) b con i parametri a e b funzione del settore di traversia in esame (Capitolo 4.4). Tabella 5.11 Eventi estremi sottocosta nel punto di propagazione di inversa spettrale (Punto P) T R = 50 anni SETTORE DI TRAVERSIA Largo N Sottocosta P H S (m) T p (s) Dir ( N) H S ' (m) T p ' (s) Dir' ( N) SETTORE DI TRAVERSIA Largo N Sottocosta P H S (m) T p (s) Dir ( N) H S ' (m) T p ' (s) Dir' ( N) SETTORE DI TRAVERSIA Largo N Sottocosta P H S (m) T p (s) Dir ( N) H S ' (m) T p ' (s) Dir' ( N)

75 6 Variazioni del livello marino (maree, sovralzi) La conoscenza delle massime variazioni quasi-statiche del livello marino, dovute a cause diverse (principalmente marea astronomica e "meteorologica"), è necessaria per molteplici scopi quali, ad esempio, la corretta progettazione delle quote da assegnare alle banchine portuali, oppure la determinazione delle quote di dragaggio all interno degli specchi acquei portuali e dei canali di accesso agli stessi. In generale per quanto riguarda le variazioni a breve termine, periodiche e non, occorre distinguere gli effetti della marea astronomica da quelli della marea "meteorologica" (indotta essenzialmente dall'azione del vento e dalle variazioni di pressione atmosferica). Nella zona del Mar Tirreno, ove ricade il paraggio costiero appartenente al comune di Rio Marina, le escursioni del livello del mare sono di fatto modeste. 6.1 Marea astronomica La componente oscillatoria meglio conosciuta è la marea astronomica, generata dall'attrazione gravitazionale della luna (70%) e del sole (30%). Per la stima della componente oscillatoria della marea astronomica, le ampiezze ed i tempi di marea sono prevedibili, per alcuni porti principali italiani, in funzione delle "Tavole di Marea" pubblicate annualmente dall'ufficio Idrografico della Marina Militare. Nel caso in esame si è fatto riferimento ai dati dei porti di Civitavecchia e di Livorno, i quali denotano un andamento temporale risultante di tipo semidiurno (periodo 12 ore e 30 minuti) con due alte maree e due basse maree al giorno di ampiezza diversa (marea di tipo sinodico-declinazionale). Le escursioni di marea astronomica sono contraddistinte da una periodicità bimensile distinta nelle fasi di sizigie (luna piena e nuova) e di quadratura. - STAZIONE DI LIVORNO (Lat N; Lon E; Z 0 =0.17 m) Nei periodi sizigiali si verificano i massimi dislivelli positivi e negativi che raggiungono valori di circa 0.18 m rispetto al livello medio marino (massimo dislivello assoluto pari a circa 0,35 m). Nelle fasi di quadratura l'escursione è al massimo limitata a ±0.15 m s.l.m. Mediamente l'oscillazione di marea da assumere (dislivello tra il minimo ed il massimo livello diurno) è di 0.25 m. 74

76 - STAZIONE DI CIVITAVECCHIA (Lat N; Lon E; Z 0 =0.20 m) Nei periodi sizigiali si verificano i massimi dislivelli positivi e negativi che raggiungono valori di circa 0.20 m rispetto al livello medio marino (massimo dislivello assoluto pari a circa 0,41 m). Nelle fasi di quadratura l'escursione è al massimo limitata a ±0.15 m s.l.m. Mediamente l'oscillazione di marea da assumere (dislivello tra il minimo ed il massimo livello diurno) è di 0.30 m. 6.2 Marea meteorologica Per la definizione della marea meteorologica si distinguono: effetto barico: considerata una condizione di minimo barico (legata al passaggio dei centri di bassa pressione caratterizzanti i cicloni) pari a 975 mb ed una condizione di massimo barico (legata al passaggio dei centri di alta pressione caratterizzanti gli anticicloni) pari a 1044 mb, rispetto ad una condizione media di 1013 mb ne consegue (da un punto di vista prettamente statico) un effetto di sovralzo marino massimo pari a m ed un abbassamento massimo del livello marino pari a m; sovralzo di vento: l'effetto di innalzamento dei livelli sotto costa indotto dall'azione Ponendo: di venti foranei spiranti verso la costa è definito in funzione dell estensione della piattaforma continentale; nel caso in esame si può considerare un estensione della piattaforma continentale di circa 40 km delimitata all incirca dall isobata -200 m s.l.m. Il calcolo del sovralzo di vento può essere effettuato con la nota relazione implicita: 2 K p Lp U D S ln g( D d S) d S D=200 m - la profondità limite assunta per la piattaforma continentale; L p =40000 m - l estensione della piattaforma continentale; d=10.0 m - la profondità ove si calcola il sovralzo; g=9.81 m/s 2 ; k p = ; (1) 75

77 U=20 m/s la velocità del vento persistente in condizioni estreme A circa 10 m di profondità rispetto al medio mare, la relazione implicita fornisce un valore pressoché trascurabile del sovralzo del livello marino dovuto all azione del vento e pari a circa 0.07 m. Eseguendo il calcolo anche per profondità inferiori si osserva che il sovralzo segue una legge esponenziale con un massimo lungo la linea di riva (d=0 m) pari a circa 0.2 m. 6.3 Variazioni stagionali ed a lungo termine Possono inoltre essere considerate altre piccolissime oscillazioni stagionali dovute a differenze di densità (max 5 cm, min -3 cm) e variazioni a lungo termine dovute a fenomeni di eustatismo. Le attuali proiezioni prevedono un progressivo innalzamento del livello marino dovuto all'incremento della temperatura terrestre (effetto serra) stimabile in circa 30 cm nei prossimi 50 anni. Valutazioni meno pessimistiche considerano possibili incrementi di livello di poco superiori a quelli registrati nell'ultimo millennio (dell'ordine di 10 cm al secolo). 6.4 Valori estremi In definitiva è possibile calcolare il massimo sovralzo in prossimità della costa sommando tutti i diversi contributi di oscillazione del livello marino ma, considerando che in generale non si verifica la piena concomitanza per i sovralzi di carattere meteorologico ed astronomico, si può cautelativamente assumere una riduzione del 35% per il dislivello massimo generato contemporaneamente dai sovralzi meteorologico ed astronomico. E quindi possibile assumere un innalzamento massimo del livello marino pari a: Sovralzo max = +0.05m+(+0.07m+0.38m+0.20m)x m (0.80m tra 50 anni). Per quanto riguarda i massimi abbassamenti risulta invece: Abbassamento max = -0.03m+(-0.20m-0.31m)x m (-0.10m tra 50 anni). 76

78 7 Correnti L'analisi d'insieme (riferita alla rappresentazione grafica in Figura 7.1 estratta da "Atlante Tematico d'italia" TCI, CNR) mostra che il tratto di costa su cui si affaccia il porto di Rio Marina è interessato dalle sole correnti di gradiente superficiali, instabili e tendenti ad invertirsi al variare del tempo, dovute alla irregolare distribuzione della pressione sulla superficie del mare e alla differenza di densità di masse d'acqua adiacenti. La situazione cambia in prossimità della costa, se il vento che spira dai quadranti orientali e meridionali è di intensità adeguata, si possono ammassare lungo costa notevoli masse d'acqua che, non potendo refluire verso il largo a causa del vento contrario, danno luogo a forti correnti che scorrono parallelamente alla costa. La conformazione batigrafica del sito in esame, associata alla limitata escursione dei livelli di marea astronomica, lascia prevedere valori trascurabili delle possibili correnti di marea. In definitiva, il regime delle correnti marine, nel tratto di costa in cui ricade il porto di Rio Marina, ha effetti irrilevanti sulla dinamica dei sedimenti costieri che risulta dominata invece dalle correnti litoranee, comprese tra la linea dei frangenti e la linea di riva, indotte dall'azione del moto ondoso frangente. 77

79 Figura Distribuzione d insieme delle correnti al largo di Rio Marina. 78

80 8 Regime dei venti La conoscenza del "clima anemologico" locale, cioè della distribuzione di frequenza della velocità e direzione del vento, è importante per la scelta dell ubicazione e configurazione planimetrica del porto, con particolare riguardo all'orientamento delle dighe frangiflutti, dell'imboccatura e dei pontili di ormeggio. E' noto infatti che le imbarcazioni rispondono molto meglio alle azioni di venti longitudinali (paralleli all'asse longitudinale della barca) piuttosto che trasversali, in particolar modo durante le delicate manovre negli spazi ristretti del bacino portuale ed in fase di stazionamento. Inoltre la conoscenza della forza del vento è necessaria per il dimensionamento dei pontili di accosto ed altre strutture emergenti e per il calcolo degli effetti sulle variazioni del livello marino sotto costa. Per l analisi del regime dei venti sono stati analizzati i dati della stazione anemometrica dell Elba sul Monte Calamita (quota +397 m s.m.m) gestita dall Aeronautica Militare. La scelta è ricaduta sulla suddetta stazione sia per la vicinanza col sito di interesse e sia per avere una posizione tale da permettere una registrazione delle misure di vento non influenzata dall orografia locale (Figura 2.1). La serie analizzata copre il periodo da gennaio 1961 a dicembre Per la stazione anemometrica, la distribuzione delle frequenze annuali e stagionali per settori di provenienza e classi di intensità del vento è stata di seguito sintetizzata in forma di grafici polari o rose climatiche (rose del vento) nella Figura 8.1 mentre dalla Tabella 8.1 alla Tabella 8.5 gli stessi risultati vengono riportati in forma numerica. Dall'analisi dei dati si evince che i venti locali prevalenti (più frequenti e più intensi) sono diretti lungo l'asse orientato secondo la direzione SudSud-Est (Scirocco Mezzogiorno), NordNord-Est (Grecale) e NordNord-Ovest (Maestrale Tramontana). Si nota inoltre che i venti più intensi, con la velocità del vento maggiore di 22 nodi, hanno una frequenza inferiore al 0.4% (circa 1.25 giorni l anno). Si ricorda inoltre che le velocità aumentano in modo logaritmico con l altitudine. I dati del dell Isola d Elba devono pertanto essere ridotti di circa il 25% per riportarli al livello del mare. 79

81 Figura 8.1: rose della distribuzione direzionale degli stati di vento osservati alla stazione anemometrica dell isola d Elba 80

82 Tabella 8.1- Distribuzione annuale degli eventi anemometrici per classi di velocità e direzione di provenienza del vento 81

83 Tabella 8.2- Distribuzione invernale degli eventi anemometrici per classi di velocità e direzione di provenienza del vento 82

84 Tabella 8.3- Distribuzione autunnale degli eventi anemometrici per classi di velocità e direzione di provenienza del vento 83

85 Tabella 8.4- Distribuzione primaverile degli eventi anemometrici per classi di velocità e direzione di provenienza del vento 84

86 Tabella 8.5- Distribuzione estiva degli eventi anemometrici per classi di velocità e direzione di provenienza del vento 85