RELAZIONE TECNICA SOMMARIO

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2 RELAZIONE TECNICA SOMMARIO 1 PREMESSA FASI DELLO STUDIO ANALISI IDROLOGICA DATI UTILIZZATI PER IL MODELLO IDROLOGICO RISULTATI STUDIO IDRAULICO METODOLOGIA DI LAVORO UTILIZZATA PER COSTRUIRE IL FILE BISENZIO.SEZ RISULTATI PERIMETRAZIONE DELLE AREE POTENZIALMENTE INONDABILI CONCLUSIONI...14 REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 1

3 RELAZIONE TECNICA 1 PREMESSA Il presente studio idrologico-idraulico è stato redatto a supporto del Regolamento Urbanistico del Comune di Vaiano (PO) e va ad integrare lo studio già redatto in fase di revisione delle perimetrazioni della pericolosità idraulica del P.A.I. lungo l asta del fiume Bisenzio nel tratto che attraversa il territorio comunale (vedasi Osservazioni al Progetto di Piano di Bacino del Fiume Arno Stralcio per l Assetto Idrogeologico P.A.I. dicembre 2003 ). Lo studio si è reso necessario in quanto la normativa regionale D.P.G.R. del 27/04/2007 n.26/r Regolamento di Attuazione dell art.62 della L.R. 01/05 impone che nel quadro conoscitivo del Regolamento Urbanistico siano perimetrate le aree potenzialmente inondabili per eventi con tempo di ritorno pari a 20 anni (oltre che quelle con Tr pari a 30, 100, 200 e 500 già definite nello studio precedente). Lo studio è stato pertanto condotto sulla base dei dati topografici e della modellistica già utilizzata in fase di revisione del P.A.I. implementando i calcoli sulla base degli eventi con tempo di ritorno pari a 20 anni. Nei paragrafi che seguono si riporta la descrizione della metodologia adottata per il presente studio idrologico-idraulico integrativo. 2 FASI DELLO STUDIO I calcoli idrologici-idraulici riportati nei successivi paragrafi sono state elaborate utilizzando il software IDRARNO conformemente con la metodologia e le modellazioni già utilizzate durante lo studio condotto per la predisposizione delle osservazioni al Piano di Bacino del Fiume Arno - Stralcio per l Assetto Idrogeologico (P.A.I.), adottato con Delibera del C.I.n.164 del 1/8/02, relativamente alla revisione delle perimetrazioni di pericolosità idraulica del fondovalle del Bisenzio. La relazione si articola nei seguenti capitoli: 1) Analisi idrologica: vengono riportati i dati disponibili relativi al bacino, sia a livello geografico che morfologico, vengono inoltre brevemente descritti gli strumenti utilizzati ed i risultati ottenuti. Le valutazioni sono state condotte con riferimento ad eventi piovosi per Tr pari a 20 anni. 2) Analisi idraulica: vengono descritti gli strumenti utilizzati, le ipotesi assunte, ed i risultati ottenuti con riferimento alle condizioni attuali del corso d acqua (alla data di esecuzione del rilievo topografico integrativo risalente all anno 2002). 3) Perimetrazione delle aree potenzialmente inondabili per eventi con tempo di ritorno pari a 20 anni 3 ANALISI IDROLOGICA 3.1 DATI UTILIZZATI PER IL MODELLO IDROLOGICO E importante sottolineare che i calcoli idrologici di seguito descritti sono stati svolti con le stesse modalità ed i medesimi parametri utilizzati nello studio precedente in base al quale sono state apportate le modifiche al P.A.I.. REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 2

4 RELAZIONE TECNICA Il bacino del Fiume Bisenzio, con riferimento alla sezione di chiusura del tratto oggetto del presente studio in località Gamberame nel Comune di Vaiano, si estende per complessivi km 2. Il tratto studiato ha inizio in località il Fabbro nel Comune di Vaiano, più precisamente in corrispondenza del depuratore, come meglio evidenziato nella cartografia allegata allo studio. A monte del tratto oggetto di studio il fiume riceve 10 affluenti principali per un totale di kmq: - il Torrente Canvella; - il Fosso Fiumicello; - il Torrente Carigiola; - il Fosso Fiumenta; - il Torrente Torbola; - il Fosso delle Capanne; - il Rio Allese; - il Botro Cambiaticci; - il Rio Usolla; - il Fosso di Migliano. Il tratto oggetto di studio risulta interessato dagli apporti di 4 affluenti principali per un totale di kmq: - il Fosso delle Spinaie; - il Rio al Taglio; - il Fosso degli Scalai; - il Rio La Nosa. L analisi idrologica è stata condotta utilizzando il modello ALTO unitamente ad un applicazione, realizzata dall Autorità di Bacino, denominata IDRARNO. Quest ultima applicazione si compone di due moduli, uno relativo ai calcoli idrologici ed uno relativo ai calcoli idraulici. Per la parte idrologica tale applicazione fa uso degli stessi algoritmi del modello ALTO con la sola esclusione della durata dell evento di piena studiato: nell applicazione IDRARNO infatti è possibile anche impostare tale parametro. Dal modello ALTO tutti i corsi d acqua sopra elencati risultano processati e forniscono le seguenti aree scolanti: REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 3

5 RELAZIONE TECNICA Nome corso d acqua Area (Kmq) Fiume Bisenzio (monte) 24 Torrente Canvella 4 Fosso Fiumicello 8.4 Torrente Carigiola 21.2 Fosso Fiumenta 22.5 Torrente Torbola 11.2 Fosso delle Capanne 5.3 Rio Allese 9.3 Botro Cambiaticci 4.9 Rio Usolla 2.5 Fosso di Migliano 14.9 Fosso delle Spinaie 2.7 Rio al Taglio 1.7 Fosso degli Scalai 7.4 Rio La Nosa 12.6 TOTALE I valori dei parametri relativi ai suddetti tratti sono pertanto disponibili per il calcolo degli idrogrammi. I dati occorrenti per il modello IDRARNO sono, per ogni sottobacino: Area - superficie del bacino (km 2 ) Ia - perdita iniziale (mm) Ks - velocità di infiltrazione a saturazione (mm/h) N - parametro di forma dell'idrogramma di Nash K - parametro di scala dell'idrogramma di Nash (h) Cpp_a1 - parametro della curva di possibilità pluviometrica per durate < 1 h Cpp_n1 - parametro della curva di possibilità pluviometrica per durate < 1 h Cpp_m1 - parametro della curva di possibilità pluviometrica per durate < 1 h Cpp_a - parametro della curva di possibilità pluviometrica per durate > 1 h Cpp_n - parametro della curva di possibilità pluviometrica per durate > 1 h Cpp_m - parametro della curva di possibilità pluviometrica per durate > 1 h Qbase - Portata di base (m 3 /s) parametro opzionale Sezione - nome della sezione a valle della confluenza Qmax - Portata massima (m 3 /s) su cui troncare l idrogramma parametro opzionale Una volta preparati i dati è stato possibile utilizzare il modello IDRARNO. l modello è stato applicato con una durata complessiva di 32 ore ed un passo temporale di 0.25 ore (15 minuti). Con riferimento all evento di pioggia per Tr pari a 20 anni, sono indagati 4 diversi tempi di precipitazione, ed in particolare 4, 8, 12 e 16 ore. In questo modo si tiene sicuramente conto delle condizioni più critiche in tutto il bacino. Per quanto riguarda il coefficiente di ragguaglio areale K r è stata attivata l opzione globale, come indicatoci dai tecnici dell Autorità di Bacino in fase di elaborazione del precedente studio. E molto importante sottolineare che l idrogramma relativo al bacino del fiume Bisenzio a monte del tratto studiato (che comprende i corsa d acqua sopra elencati fino al fosso di Migliano compreso), REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 4

6 RELAZIONE TECNICA poi utilizzato nei successivi calcoli idraulici, non è quello idrologico, calcolato con la metodologia sopra descritta, bensì quello idraulico. La stima dell idrogramma idraulico è necessaria per riuscire a tener conto dell effetto di laminazione che avviene con il transito della piena nel tratto a monte della sezione iniziale di studio e che comporta un sostanziale abbassamento delle portate di picco. Gli idrogrammi di interesse, ossia per Tr pari a 20 anni nelle quattro durate di pioggia con cui è stata svolta l analisi (4, 8, 12 e 16 ore), sono stati calcolati nell ambito del presente studio rielaborando i dati idrologici-idraulici estratti dalla documentazione fornitaci dall Autorità di Bacino del Fiume Arno relativa allo studio di dettaglio redatto in fase di elaborazione del P.A.I (anno 2001). La modellistica di calcolo è la medesima utilizzata per il tratto di fiume Bisenzio di interesse ai fini della ricostruzione delle perimetrazioni delle aree potenzialmente inondabili. Gli idrogrammi idraulici di riferimento per le quattro durate di interesse sono stati estratti dai file Bisenzio_monte.rqu prodotti dal software IDRARNO. Nella seguente tabella sono riportati i dati che costituiscono il file Bisenzio_monte.idr. I dati in tabella comprendono anche quelli relativi ai quattro affluenti che si immettono lungo il tratto oggetto della perimetrazione (la numerazione delle sezioni indicata è quella originale che risulta dai dati forniti dall Autorità di Bacino del Fiume Arno e non corrisponde a quella utilizzate nel presente studio). Bac_arno Nome Area_por Ia Ks N K Cpp_a1 Cpp_n1 Cpp_m1 Cpp_a Cpp_n Cpp_m Sezione 1 FIUME BISENZIO bi 0239 TORRENTE 3991 CANVELLA bi 0237 u 3553 FOSSO FIUMICELLO bi 0237 u 2691 TORRENTE CARIGIOLA bi 0235 u 2436 FOSSO DI FIUMENTA bi TORRENTE TORBOLA bi 0194 uw 2 FOSSO DELLE CAPANNE bi 0190 uw 5632 RIO ALLESE bi 0283 BOTRO 6909 CAMBIATICCI bi RIO USOLLA bi 0185 FOSSO DI 7706 MIGLIANO bi FOSSO DELLE SPINAIE bi RIO AL TAGLIO bi 0262 FOSSO DEGLI 9358 SCALAI bi 0261 u RIO LA NOSA bi 0258 u RIO BUTI bi 0242 FOSSO 3 FILETTOLE bi TORRENTE MARINELLA bi 0057 uw TORRENTE MARINA bi 0295 REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 5

7 RELAZIONE TECNICA 3.2 RISULTATI Come precedentemente sottolineato, i calcoli sono stati svolti in modo da ottenere idrogrammi conformi a quelli che risultano dagli studi precedentemente eseguiti (perimetrazione di dettaglio delle aree inondate lungo l asta del Bisenzio in fase di P.A.I. nell anno 2001 e loro revisione nell anno 2003). Di seguito riportiamo gli idrogrammi relativi ai 5 bacini d interesse per il tratto studiato ossia: 1. Fiume Bisenzio monte (comprende tutti i bacini fino al fosso di Migliano compreso) 2. Fosso delle Spinaie 3. Rio al Taglio 4. Fosso degli Scalai 5. Rio la Nosa Come indicato nel precedente paragrafo, gli idrogrammi per Tr pari a 20 anni relativi al fiume Bisenzio monte è stato ricostruito sulla base delle specifiche valutazioni idrologiche-idrauliche svolte nell ambito del presente studio processando con il software IDRARNO il file Bisenzio_monte.idr ed il file Bisenzio_monte.sez. Nella seguente tabella vengono presentati in sintesi i valori di portata al colmo del Bisenzio e degli affluenti considerati lungo il tratto studiato, dove per ogni durata è riportato in m 3 /s il valore della portata massima dell idrogramma calcolato. Nei grafici alle pagine seguenti sono riportati i cinque idrogrammi relativi ai quattro scenari studiati per Tr pari a 20 anni (gli idrogrammi sono estratti dai file Bisenzio_ok.out. Corso d acqua Tr 20 anni Tp 4 ore Tp 8 ore Tp 12 ore Tp 16 ore Fiume Bisenzio - monte Fosso delle Spinaie Rio al Taglio Fosso degli Scalai Rio La Nosa REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 6

8 RELAZIONE TECNICA 400 Idrogrammi Tr 20 anni - D=4 h Portata (mc/ Torrente Bisenzio Fosso delle Spinaie Rio al Taglio Fosso degli Scalai Rio La Nosa Tempo (h) 350 Idrogrammi Tr 20 anni - D=8 h Portata (mc/ Torrente Bisenzio Fosso delle Spinaie Rio al Taglio Fosso degli Scalai Rio La Nosa Tempo (h) REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 7

9 RELAZIONE TECNICA 300 Idrogrammi Tr 20 anni - D=12 h Portata (mc/ Torrente Bisenzio Fosso delle Spinaie Rio al Taglio Fosso degli Scalai Rio La Nosa Tempo (h) Torrente Bisenzio Fosso delle Spinaie Rio al Taglio Fosso degli Scalai Rio La Nosa Idrogrammi Tr 20 anni - D=16 h Portata (mc/s) Tempo (h) REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 8

10 RELAZIONE TECNICA 4 STUDIO IDRAULICO Le simulazioni idrauliche sono state elaborate applicando al software IDRARNO i file Bisenzio_ok.out ed il file Bisenzio.sez. Il file.out è la sintesi dell analisi idrologica-idraulica eseguita così come descritto nel precedente capitolo, il file.sez costituisce il risultato della risoluzione dell equazione di moto e pertanto fornisce per ogni sezione le scale di deflusso, ottenute per i diversi valori di portata; il software risolve l equazione di continuità e così valuta i livelli dell acqua tenendo conto degli ingressi di portata e della laminazione per effetto del trasporto e delle eventuali esondazioni lungo il corso d acqua. In Allegato 1 sono riportati i tabulati del file Bisenzio.sez. Come sopra accennato il file Bisenzio.sez raccoglie i dati geometrico-idraulici per le varie sezioni ubicate lungo il tratto oggetto di studio (ossia i dati delle scale di deflusso: portata, altezza idrometrica ed area bagnata) ed è stato ripreso interamente dallo studio precedentemente svolto in fase di revisione del P.A.I.. Per completezza di seguito riportiamo la metodologia utilizzata nel corso del precedente per costruire il file Bisenzio.sez poi utilizzato anche nel presente lavoro. 4.1 METODOLOGIA DI LAVORO UTILIZZATA PER COSTRUIRE IL FILE BISENZIO.SEZ Il primo passo dell analisi è stato definire le condizioni di moto con le quali svolgere la simulazione con HEC-RAS. Poiché le condizioni geometriche e morfologiche del tratto di corso d acqua studiato non permettono di stabilire a priori se il moto si svolge in condizioni di corrente lenta o veloce, è stato deciso di considerare una condizione di corrente mista. Questo tipo di simulazione richiede che sia stabilita una condizione al contorno di monte ed una di valle. Non essendo in possesso di altri dati, quale condizione di monte è stata assegnata la pendenza dell asta fluviale, come condizione di valle l altezza critica di deflusso. Condizione al contorno di monte Pendenza del tratto a monte della sezione iniziale = Condizione al contorno di valle Altezza critica Per assegnare il valore del coefficiente di scabrezza si è fatto riferimento all osservazione diretta delle condizioni del corso d acqua; per il letto del fiume è stato considerato un coefficiente relativamente alto (0.035) per tenere conto della variabilità delle condizioni fisiche rilevate lungo il corso fluviale, mentre per le aree golenali più esterne si è considerato un valore più elevato pari a Per la corretta schematizzazione dei ponti si è operata una interpolazione dei dati mediante l utilizzo di sezioni fittizie necessarie per simulare correttamente il comportamento della corrente fluida in corrispondenza di tali strutture. Per quanto riguarda la definizione dei parametri geometrico-idraulici di input del software sono stati mantenuti quelli precedentemente definiti nello studio della prima fase, ovvero: - sezioni del corso d acqua estese anche alla valle alluvionale, utilizzando la cartografia disponibile in scala 1:2000 e le osservazioni dirette fatte con specifici sopralluoghi; - limiti di deflusso (ineffective flow areas), coincidenti con il ciglio di sponda o dell argine, in modo da imporre alla simulazione il fatto che il deflusso delle acque avvenga prevalentemente dentro l alveo e nelle zone immediatamente limitrofe. REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 9

11 RELAZIONE TECNICA Una volta definita la geometria delle sezioni ed i parametri di scabrezza si è potuto studiare l andamento del pelo libero dell acqua, in condizioni di moto permanente, per differenti valori di portata. I calcoli in moto permanente per le portate comprese in un intervallo di m 3 /s, hanno consentito di ottenere, per ciascuna sezione, il livello corrispondente della corrente e l area liquida. Poiché le scale di deflusso ottenute in alcune sezioni non presentavano un andamento monotono crescente nel piano Q (portate)-h (livelli idrometrici), come consigliato dai tecnici dell Autorità di Bacino, sono state ritoccate nei valori fuori trend in modo tale da non generare eventuali errori numerici nelle successive elaborazioni. Le scale di deflusso così definite sono rappresentate in forma tabulare nel file Bisenzio.sez (vedi Allegato 1). 4.2 RISULTATI Nella seguente tabella sono riportati i massimi livelli idrometrici che risultano dai calcoli svolti come precedentemente descritto per i quattro eventi studiati con riferimento a Tr pari a 20 anni. Le caselle con sottofondo grigio indicano le sezioni nelle quali il livello rappresentato nelle sezioni di output di HEC-RAS inserite nell Allegato 2 non corrisponde a quello che risulta da IDRARNO utilizzato poi per elaborare la perimetrazione. Nelle sezioni di output non sono riportati i ponti presenti in quanto non risultano dai tabulati di IDRARNO (la presenza dei ponti viene comunque valutata nei calcoli che portano alla costruzione delle scale di deflusso riportate nel file Bisenzio.sez ). Negli output viene riportato l inviluppo dei massimi livelli idrometrici che risulta per i quattro scenari studiati; dai dati di seguito riportati si evince come l evento più gravoso, e quindi da prendere a riferimento per la perimetrazione, corrisponde a quello di durata pari a 4 ore. Numerazione sezioni Codice P.A.I. Durata 4 h H max [m s.l.m.] Durata 8 h H max [m s.l.m] Durata 12 h H max [m s.l.m] Durata 16 h H max [m s.l.m] Inviluppo H max [m s.l.m] 1 monte valle /a /b /c /a monte valle /a /b /c /d /a monte REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 10

12 RELAZIONE TECNICA 7 valle /a /b monte valle /a /b /a /b /c /d monte valle /a /b /c /d /e /a /b /c monte valle /a /b /c /d /e /a /a /a monte valle REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 11

13 RELAZIONE TECNICA 27/a /b /a monte valle /a /b /c /d Da un confronto tra i livelli idrometrici massimi per gli scenari di pioggia relativi a Tr pari a 20 anni e quelli per Tr pari a 30 anni (vedi studio precedente) risulta che i primi sono inferiori ai secondi per valori che oscillano tra 10 e 30 cm (vedi tabella seguente). Tr 20 anni Tr 30 anni Numerazione sezioni Codice P.A.I. Inviluppo H max Inviluppo H max [m s.l.m] [m s.l.m] 1 monte valle /a /b /c /a monte valle /a /b /c /d /a monte valle /a /b monte valle /a /b /a REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 12

14 RELAZIONE TECNICA 12/b /c /d monte valle /a /b /c /d /e /a /b /c monte valle /a /b /c /d /e /a /a /a monte valle /a /b /a monte valle /a /b /c /d REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 13

15 RELAZIONE TECNICA 5 PERIMETRAZIONE DELLE AREE POTENZIALMENTE INONDABILI In analogia a quanto effettuato nell ambito dello studio per la revisione del P.A.I., per la mappatura delle aree inondabili è stata utilizzata la cartografia tecnica della Regione Toscana in scala 1:2.000 del Comune di Vaiano procedendo come segue: trattandosi di aree interessate prevalentemente da fenomeni di trasporto, è stata attribuita a ciascuna sezione fluviale l altezza idrometrica massima raggiunta, delimitando le aree comprese fra sezioni successive sulla base delle quote rilevabili dalla cartografia e interpolando in base alla locale cadente piezometrica le quote calcolate in corrispondenza delle sezioni fluviali, verificando che le esondazioni su ciascuna sezione interessassero terreni limitrofi anche a valle (specialmente nei tratti urbanizzati). Come risulta dalla tabella di confronto tra i livelli idrometrici per eventi con Tr pari a 20 anni e quelli per Tr pari a 30 anni le differenza oscillano tra 10 e 30 cm massimo. I risultati di tali perimetrazioni sono visibili nella Tavola 1 allegata alla presente. 6 CONCLUSIONI Lo studio ha analizzato le condizioni idrologiche-idrauliche del torrente Bisenzio per eventi con Tr pari a 20 anni nel tratto di interesse utilizzando i criteri dettati dall Autorità di Bacino del Fiume Arno in fase di elaborazione delle perimetrazioni del P.A.I.. I risultati dell analisi idrologica (appositamente elaborata eseguendo anche una specifica analisi idraulica del tratto a monte di quello di interesse sulla base dei dati geometrici disponibili dagli studi eseguiti in fase di stesura del P.A.I. per il torrente Bisenzio), unitamente alla descrizione geometrica del corso d acqua definita anche sulla base delle sezioni rilevate nel 2002 ad integrazione di quelle già esistenti (per un totale di 78 sezioni) hanno costituito l input per il modello di simulazione idraulica. Tale modello ha consentito di stabilire le aree soggette a inondazioni per effetto di piene con tempo di ritorno pari a 20 anni sulla base di eventi di pioggia con durate di 4, 8, 12 e 16 ore. Per il tempo di ritorno studiato si è prodotto l inviluppo delle situazioni più gravose mappando sulla carta tecnica regionale 1:2.000 le aree a diversa pericolosità idraulica. REGOLAMENTO URBANISTICO DI VAIANO 14

16 ALLEGATO 1 Tabelle del file.sez

17 ALLEGATO 2 Output sezioni Hec-Ras con livelli idrometrici calcolati utilizzando il software IDRARNO

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