Interventi strutturali per la diminuzione delle portate di piena

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1 Interventi strutturali per la diminuzione delle portate di piena -Invasi di laminazione - serbatoi artificiali di grandi dimensioni (1-100 Mm 3 ), totalmente o parzialmente dedicati alla laminazione delle piene, realizzati tramite sbarramento totale del corso d acqua (diga); -Casse d espansione invasi temporanei di medie dimensioni dimensioni ( Mm 3 ) e modesta profondità, realizzati in fregio al corso d acqua tramite opere di controllo (traverse, sfioratori, argini); -Diversivi Canali artificiali per la deviazione dell intera onda di piena e sua restituzione al corso d acqua a valle della zona da proteggere o ad altro corpo idrico (lago, mare,..; -Scolmatori Simili ai diversivi, entrano in funzione, tramite opere di controllo, per le sole portate prossime al colmo di piena.

2 Laminazione delle piene tramite serbatoi artificiali

3 Q i () t V () t H () t h() t H 0 Geometria dell invaso ( H ) = V ( H + h) a( H h) b V V + = 0 0 Q u Equazione di continuità () t dv dt = Q i Q u Legge di sfioro (senza regolazione) 3/ 2 Q u = µ Lh 2g Condizione iniziale cautelativa: H ( 0) = H 0 h( 0) = 0 ab dh b 1 3/ 2 ( H + h) = Q Lh 2g 0 i µ dt Q i () t Q u () t L = larghezza sfioratore dv Qi = Qu = 0 dt dh = 0 Qu = max dt [ Q () t ] u

4 Schema tipo di una cassa d espansione

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6 Gli sfioratori laterali Manufatti che rimodellano il profilo arginale, in maniera da creare un tratto a profilo ribassato attraverso il quale possano tracimare, in maniera controllata, determinati volumi di piena. Per controllata si intende: -la portata minima al di sopra della quale inizia la tracimazione deve essere definita da progetto; -la legge che lega le quantità sfiorate (tracimate) a quelle che proseguono nel letto naturale del fiume deve essere definita da progetto e rimanere stabile nel tempo; -la tracimazione non deve provocare danni (per erosione o altro) ai manufatti, o tali danni devono essere comunque previsti e controllati.

7 Modello fisico di uno sfioratore con opera di sostegno

8 Modello fisico di uno sfioratore con opera di sostegno

9 Schema di sfioratore laterale in alveo cilindrico (larghezza B) con corrente lenta s Q(s) q s (s) Y(s) Eq. di continuità Eq. del moto permanente Legge dello stramazzo Approx. moto gradualmente variato dq = qs ; ds de d = ds qs = µ 2g 2 Q J = 2 gc Ω ( 2 2 Y + Q / 2gΩ ) 2 ( Y D) R 0 < ds s < 3/ 2 L ; = i f J Y > D

10 2 equazioni differenziali nelle 2 incognite Q(s), Y(s) dq + µ ds d 2g ( Y D) 3/ 2 ( 2 2 / 2 ) 2 Y + Q gω Q + = 0 Condizioni al contorno: 1) Q(s=0) = Q m = Portata in arrivo da monte (nota) 2a) Corrente veloce: Y(s=0) = Y(Q m ) (da scala di deflusso o moto uniforme) 2b) Corrente lenta: Y(s=L) = Y(Q v ) (da scala di deflusso o moto uniforme) ds gc = 2 0 Ω 2 R i f N.B. La portata residua a valle Q v è incognita! Nel caso di corrente lenta, il problema è ancora ben posto (soluzione unica), ma va risolto per tentativi: 1 Si fissa Q v di primo tentativo. 2 Si integrano le equazioni all indietro (da L a 0) con condizioni al contorno Q(s=L) = Q v ; Y(s=L) = Y(Q v ). 3 Si valuta Q(s=0) e se risulta Q m si corregge Q v e si torna al passo 2. Correnti molto lente La profondità aumenta (verso valle) al diminuire della portata

11 Schematizzazione dell'idrogramma di piena, delle portate e dei volumi sfiorati q m q τ q m v m v s v m v m q v 0.6 q τ q s q q q τ q s v s v s τ 0 Efficienza di laminazione E ffic = 1 α = 1 q q v m

12 Scolmatore d Arno

13 Sfioratore di piena Q t

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