C02. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate

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1 COMUNE DI PISA PROVINCIA DI PISA COMUNE DI SAN GIULIANO TERME Viabilità di raccordo nord tra il nuovo polo ospedaliero, la S.S. n. Del Brennero, la S.S. n. Aurelia e la S.P. n. Vicarese Progetto preliminare C0. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate IL RESPONSABILE DEL PROCEDIMENTO Ing. Luca Della Santina PROGETTISTI COLLABORATORI TECNICI Ing. Riccardo Barsotti Geom. Alessandro Balsotti Ing. Arch. Riccardo Ciuti Geom. Rinaldo Chericono Dott.ssa Elena Fantoni Ing. Federico Cioni Ing. Marco Fiore Geom. David Di Pede Arch. Dario Franchini Ing. Salvatore Rosario Gioia Ing. Massimiliano Giusti Arch. Dario Guglielmi Ing. Antonio Grasso Arch. Michela Luperini Arch. Monica Luperi Ing. Benedetto Maggio Geom. Edi Pardini Geom. Paolo Mazzantini Geom. Daniele Pocci P.i. Luca Pasquini Dott. Marco Redini Geom. Fabio Poli Ing. Cristiano Ristori Geom. Gionata Pucci Dott.ssa Antonella Salani Geom. Gian Luca Vannini Geom. Massimo Signorini Ing. Massimiliano Toni Ing. Larisa Troiani Ing. Giancarlo Vecchi ELABORATO REDATTO DA PROGETTISTI Ing. Larisa Troiani Dott. Marco Redini CONSULENZE TAGES S.c.r.l. A.R.P.A.T. Prof. Ing. Stefano Pagliara Prof. Marco Milanese Prof. Nicola Bellini COLLABORATORI TECNICI Collaboratori Tecnici della Provincia di Pisa Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate

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3 INDICE Premessa... 5 RIFERIMENTI NORMATIVI... 7 DESCRIZIONE DEI BACINI OGGETTO DELLO STUDIO Bacino di Bonifica del Fiume Morto Sottobacino di bonifica meccanica di Campaldo Sottobacino a scolo naturale del Fosso Tedaldo e di Barbaricina....4 Sottobacino a scolo naturale della Tenuta di S. Rossore....5 Sottobacino di bonifica a scolo naturale del Centro Storico, di Porta a Lucca e di Cisanello-Pisanova Sottobacino della zona Centro Storico - Porta a Lucca Sottobacino della zona Cisanello-Pisanova Canale Demaniale MODELLO IDROLOGICO PLUVIOMETRIA Pluviogramma di progetto Calcolo degli idrogrammi di piena IDROGRAMMI DI PIENA... 4 CALCOLO IDRAULICO e interventi (Ing.Pagliara) Attraversamenti P e P (tav.) Attraversamento P3 (scolo del Portone ramo 8) (tav.) Attraversamento P3 (Fiume Morto) Attraversamento P3, P Attraversamento P4 (Canale Demaniale) (tav.) Attraversamenti P5 e _P6 (F. Morto, Scolo di maggiola parallelo via Prata) (tav. ) Attraversamento P7 (affluente dx F. Morto) (tav. ) Attraversamento P8 (tav.) Attraversamenti P9 (tav.) Attraversamento P0 (tav.) Attraversamento P (tav.) Attraversamento P (tav.) Attraversamento P3 (tav.) Pericolosità IDraulica ai sensi del PAi Pericolosità idraulica ARNO e SERCHIO CALCOLO IDRAULICO RETE IDRAULICA MINORE CoNTINUITA DELLA RETE IDRAULICA MINORE CALCOLO DELLE AREE ALLAGATE (ing. Pagliara) Costruzione del DTM Calcolo idraulico in moto vario bidimensionale MODELLO DI CALCOLO IN MOTO VARIO BIDIMENSIONALE RISULTATI DEL CALCOLO DELLE ESONDAZIONI CONSIDERAZIONI CIRCA LA REALIZZAZIONE DELLA STRADA RELATIVAMENTE AL RISCHIO DI ESONDAZIONE Indicazioni progettuali CONCLUSIONI Allegati: Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 3

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5 PREMESSA Il Piano Sanitario Regionale individua come prioritario, nell ambito dell obiettivo di qualificazione delle aziende ospedaliere, un programma di interventi edilizi finalizzati al completamento del trasferimento presso il presidio ospedaliero-universitario di Cisanello (Pisa) di tutte le attività dell Azienda Ospedaliero Universitaria Pisana. Parallelamente e conseguentemente al completo trasferimento dovranno essere realizzate le opere infrastrutturali collegate in tutto o in parte al nuovo polo ospedaliero-universitario quali la nuova viabilità di collegamento al Ponte delle Bocchette ed il riassetto della viabilità a nord di Pisa compresa nei Comuni di Pisa e S. Giuliano Terme. La Provincia di Pisa, il Comune di Pisa ed il Comune di S. Giuliano Terme hanno definito il documento preliminare di progettazione per la viabilità di raccordo nord tra il nuovo polo ospedaliero, la SS, la SS e la Provinciale Vicarese, nelle direttrici sud nord ed est-ovest e delle opere connesse. Realizzare una nuova viabilità in un area così particolare da un punto di vista idraulico non poteva prescindere da un attento studio delle problematiche idrauliche dell area, indipendentemente dagli obblighi normativi, per tale motivo è stata predisposta la presente relazione idrologica-idraulica e delle aree allagate. Come descritto nella suddetta relazione, al fine di evidenziare eventuali scenari di rischio permettendo così al progettista di individuare le necessarie opere di mitigazione sono stati studiati gli aspetti idrologici idraulici e delle aree allagate attraverso modelli di simulazione. Il modello idrologico è stato studiato con particolare riferimento alle caratteristiche territoriali dell area, sono stati effettuati studi approfonditi sulle caratteristiche dei bacini imbriferi, della rete idrografica, dei singoli corsi d acqua e delle relative sezioni, l aspetto pluviometrico è stato analizzato raccogliendo i dati pluviometrici di 7 stazioni presenti nella zona, dati con cui è stato possibile effettuare l individuazione delle curve di possibilità climatica. Grazie a questi dati ed al modello idrologico elaborato sono state condotte le verifiche idrologico-idrauliche e di esondazione sull area di progetto della nuova viabilità est-ovest nei comuni di Pisa e S. Giuliano Terme. Il modello delle aree allagabili (modello di esondazione), in questa fase di progettazione preliminare, ha tenuto conto del contributo dei corsi d acqua Fiume Arno, Fiume Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 5

6 Serchio e Fiume Morto ed ha studiato tre situazioni: quella attuale senza la presenza della strada e quella di progetto, durante l evento e a termine dell evento. Studio delle aree allagate per eventi con Tr00 stato attuale Studio delle aree allagate per eventi con Tr00 stato di progetto al termine dell evento Studio delle aree allagate per eventi con Tr00 stato di progetto durante l evento I risultati della simulazione hanno portato alla individuazione degli inviluppi delle esondazioni per Tr = 00 anni dei corsi d acqua suddetti permettendo così l individuazione delle zone di pericolosità e di rischio. Preme precisare che lo studio in oggetto si riferisce al tracciato relativo ad entrambi i tre stralci funzionali secondo lo schema allegato all Accordo di Programma siglato in data , mentre il progetto preliminare di che trattasi sviluppa lo stralcio funzionale n, del tratto di strada che prevede la realizzazione della connessione tra la S.S. n. e la strada comunale di Mezzana, in modo da assicurare l accesso al polo ospedaliero dalla direttrice tirrenica. Pertanto, nel capitolo 4, sono relativi al progetto preliminare in oggetto, tutti gli studi degli attraversamenti indicati ad eccezione dei seguenti: P, P, relativi allo stralcio funzionale variante S.P. n ; P3, P3 e P3, relativi allo stralcio funzionale variante S. S. n. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 6

7 RIFERIMENTI NORMATIVI Tali studi sono conformi a quanto prescritto dalla: Legge 8 /04/005 n 6 ( legge comunitaria 004); DIR 3/03/004 n 004/8/CE Aggiudicazione di appalti pubblici di lavori, forniture e servizi. ; DPR n. 554 del Regolamento d attuazione della legge quadro in materia di lavori pubblici ; Legge n. 83 del Norme per il riassetto organizzativo e funzionale della difesa del suolo ; Legge n. 36 del Disposizioni in materia di risorse idriche. Legge regionale n /07/995 n 8 Norme di attuazione della L N 36 Legge regionale n. 38 del Regolamento recante norme per l attuazione di talune disposizioni della legge in materia di risorse idriche. Legge regionale n. 34 del Norme in materia di bonifica. Consiglio Regionale Deliberazione /06/994, n 30: Provvedimenti sul Rischio idraulico ai sensi degli artt. 3 e 4 del L.R. 74/84 Adozione di prescrizione e vincoli. Approvazione di direttive Consiglio Regionale Deliberazione n 55 del 0/05/997: Direttive sui criteri progettuali degli interventi in materia di difesa idrogeologica Legge regionale n. 9 del Norme per la difesa del suolo Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 7

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9 DESCRIZIONE DEI BACINI OGGETTO DELLO STUDIO Il reticolo di riferimento fa capo al fiume Morto che drena la pianura compresa fra i Fiumi Serchio e Arno. Tale bacino si estende per oltre 00 kmq, anche se la superficie effettiva risulta pari a circa 76 Kmq. La parte montuosa è drenata da affluenti che scendono dai monti di Calci mentre la parte di pianura drena la parte a nord della città di Pisa e la parte a sud del F. Serchio.. BACINO DI BONIFICA DEL FIUME MORTO Tutto il territorio comunale posto a Nord dell Arno, convoglia le sue acque (meteoriche, reflue trattate e non) nel F. Morto. Fig. Sottobacini a Nord di Pisa Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 9

10 Tutta questa zona fa parte della più ampia bonifica del F. Morto, il cui comprensorio è definito dalla linea di displuvio dei Monti Pisani, dal F. Serchio, dall Arno e dal mare. In essa si possono distinguere 4 ulteriori settori: a: sottobacino di bonifica per esaurimento meccanico di Campaldo; b: sottobacino di bonifica a scolo naturale del Fosso Tedaldo e di Barbaricina; c: sottobacino di bonifica a scolo naturale della Tenuta di S. Rossore; d: sottobacino di bonifica a scolo naturale di Centro Storico Cisanello- Pisanova-Porta a Lucca.. SOTTOBACINO DI BONIFICA MECCANICA DI CAMPALDO L area della bonifica meccanica di Campaldo presenta, nella parte più occidentale, una zona morfologicamente più depressa (quote intorno allo zero), soggetta ad allagamenti. La porzione più occidentale di questo bacino (zona fra la Via Pietrasantina e il Collettore di Campaldo ) è invece altimetricamente più elevata (confronta Carta Altimetrica ). Il Colatore n. 4 di Campaldo - ramo destro e il Colatore n. 3 di Campaldo - ramo destro sono scoli fognari della periferia nord occidentale della città ( Campaldino ). Anche in questa zona esiste quindi il problema della commistione fra acque di fognatura e quelle di bonifica. La zona a scolo naturale b interferisce con quella a scolo meccanico a in un punto in cui il Tedaldo viene deviato nel Collettore di Campaldo a bonifica meccanica, attraverso un sistema di cateratte. Nella stagione autunnale e invernale e nei momenti di maggiore crisi idraulica, l acqua del Tedaldo viene fatta confluire nel F. Morto con scolo meccanico. In questo tratto di territorio è stato accertato un problema di qualità delle acque in quanto gli allagamenti legati ad intense precipitazione sono prodotti da acque meteoriche miste a reflui fognari. L insufficiente capacità di smaltimento delle acque da parte del Tedaldo si riflette in una sofferenza del sistema idraulico cittadino, che causa frequenti allagamenti nei punti più nevralgici, come zona di Via Risorgimento, Via Bonanno, Porta Nuova. In queste aree il deflusso delle acque è inoltre ostacolato anche dalla Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 0

11 barriera della linea ferroviaria. Ulteriori frequenti allagamenti sono osservati anche nella zona ad Ovest della Ferrovia, detta delle Sardine (in Catallo ), che dipende idraulicamente dal Tedaldo (confronta Carta delle aree allagabili del PS)..3 SOTTOBACINO A SCOLO NATURALE DEL FOSSO TEDALDO E DI BARBARICINA Area con sistema di fognatura mista, ovvero con acque bianche e nere non separate. Il Fosso Tedaldo (a scolo naturale) raccoglie le acque meteoriche e i reflui della porzione occidentale della città posta tra la Via Bonanno e la Ferrovia Pisa - S. Rossore, e le convoglia nel Fiume Morto, all altezza delle dune della Sterpaia. Attualmente esso è quindi un canale adibito a scolo fognario. Si presenta tombato ( tubi Φ 50) dalla sua nascita fino a circa 50 m dalla sua confluenza con il Fosso lungo la Via delle Cascine, mentre si presenta a cielo aperto nel tratto successivo fino al F. Morto (il tratto finale, prima di immettersi nel F. Morto, è la Fossa Cuccia, canale trecentesco che confluiva nell Arno con un senso di deflusso opposto a quello odierno, probabilmente seguendo il tracciato dell attuale Colatore n. 5 di Campaldo, oggi a scolo meccanico). La zona di Barbaricina è servita dallo Scolo di Barbaricina e dallo Scolo delle Lenze. Il sistema fognario di questi quartieri è collegato ai fossi da una una vasca di decantazione e chiarificazione..4 SOTTOBACINO A SCOLO NATURALE DELLA TENUTA DI S. ROSSORE Questa zona del territorio comunale inserita nel Parco Naturale è soggetta ai relativi vincoli. La zona è in gran parte costituita da materiali permeabili (sabbie delle dune costiere attuali). Il deflusso delle acque meteoriche è garantito da una serie di canali a scolo naturale che confluiscono direttamente in mare o nel fiume Morto. Il principale problema idraulico di questo sottobacino è concentrato alla foce del F. Morto, ove il molo destro appare gravemente danneggiato dall erosione marina, oltre al fenomeno di interrimento della foce. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate

12 Il Fiume Morto rappresenta per Pisa e per i Comuni contermini l asse idraulico principale di drenaggio della pianura a Nord dell Arno. L interrimento della sua foce limita fortemente il deflusso delle acque e, di conseguenza, arreca condizioni di sofferenza idraulica alla rete dei tributari minori..5 SOTTOBACINO DI BONIFICA A SCOLO NATURALE DEL CENTRO STORICO, DI PORTA A LUCCA E DI CISANELLO- PISANOVA Quest ampia porzione di territorio comunale, intensamente urbanizzato, grava sull asse idraulico Fosso dei Sei Comuni- Marmigliaio- Oseretto, a cui afferiscono una serie di fossi minori. La preesistente rete della bonifica è stata inglobata dalla rete fognaria cittadina. Estese tombature ed opere idrauliche succedutesi in modo disordinato nel corso dei decenni, hanno intensamente trasformato l impianto originario. Una parte del bacino (zona di Porta a Lucca) è dotata di una rete di fognatura nera allacciata per l 80% al depuratore di S. Jacopo e risulta separata dal reticolo superficiale. Il resto del bacino è a fognatura mista, e recapita nel Fiume Morto all altezza di Madonna dell Acqua, attraverso un percorso lungo e praticamente privo di pendenza. Il sottobacino è attraversato da un corso artificiale ad acqua alta ( Canale Demaniale di Riprafatta ), che confluisce in Arno all altezza del Ponte alla Fortezza, restando completamente separato dalla bonifica..5. SOTTOBACINO DELLA ZONA CENTRO STORICO - PORTA A LUCCA Gli assi idraulici principali per il deflusso delle acque superficiali sono: Fosso Marmigliaio; Fosso Martraversino. Il primo confluisce nel Fiume Morto passando attraverso l Oseretto; il secondo confluisce nel F. Morto a Nord della località Passi. Il Fosso Marmigliaio nasce, poco a Nord di Pisa, immediatamente a monte del suo incrocio con la S.S. ; esso, che sottopassa il Canale Demaniale di Ripafratta, raccoglie, nel breve tratto prima del suo imbocco nella zona urbana, Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate

13 le scoline campestri di una porzione di piana compresa in parte fra il F. Morto a Nord e il territorio urbanizzato a Sud. Dal suo ingresso nell area urbana esso diventa uno scolo fognario perchè raccoglie sia le acque di fogna che gli giungono attraverso il Fosso dei Sei Comuni dalla zona di Cisanello - Pisanova, sia quelle del centro storico. Il deflusso delle acque di una parte di Porta a Lucca è rivolto verso il Fosso Marmigliaio, originariamente regolato da alcune cateratte. La parte più settentrionale invece convoglia le acque verso il Martraversino, e anche esso è recapito di fognature nere della zona di Via Rosselli. Il deflusso delle acque nell area del centro urbano è verso il Fosso Marmigliaio attraverso una serie di fossi oggi tombati (confronta fosso adiacente alle mura sul lato Ovest, Fossa Murata, etc.) Il deflusso delle acque dal Marmigliaio - Oseretto al F. Morto è ostacolato quando quest ultimo è in fase di piena. Questo fatto determina situazioni di crisi con conseguenti allagamenti nelle zone scolate dalla linea idraulica in questione ( Via Piave, Porta a Lucca e centro storico). Un altra zona sofferente riguardo agli allagamenti è la zona di Via Rosselli che risulta morfologicamente depressa. Attualmente le fognature di questa zona recapitano, attraverso le scoline dei campi, nel Fosso delle Palazzine e quindi nel F. Morto..5. SOTTOBACINO DELLA ZONA CISANELLO-PISANOVA Le principali linee idrauliche sono: Fosso dei Sei Comuni; Fosso S. Marco. Il Fosso dei Sei Comuni nasce immediatamente a Nord dell Ospedale di Cisanello, e attualmente raccoglie le acque meteoriche e i reflui non trattati, anche provenienti dall Ospedale, facendole convogliare nel Fosso Marmigliaio. Il Fosso di S. Marco, che scola la periferia sud-orientale di Pisa, e attualmente confluisce nel Fosso dei sei Comuni, verrà in futuro deviato attraverso il Fosso di S. Cataldo e un collettore parallelo al tratto iniziale del Fosso dei Sei Comuni (già esistente) nell Arno, mediante un impianto idrovoro da relizzarsi nei pressi Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 3

14 dell Ospedale. Questa nuova linea idraulica raccoglierà anche le acque provenienti dall area di recente costruzione del C.N.R. di S. Cataldo. Attualmente la rete idraulica (in particolare il Fosso dei Sei Comuni ) risulta insufficiente a smaltire le acque meteoriche, vista anche la presenza di numerose zone relativamente depresse occupate da edificato..6 CANALE DEMANIALE Il canale demaniale è un canale di irrigazione che deriva le acque dal fiume Serchio. Presenta un alveo incassato da Ripafratta fino all abitato di Orzignano, poi le acque scorrono in un alveo pensile contenuto da due arginature in terra fino all abitato di Pisa; prosegue poi nuovamente incassato fino all immissione in Arno. Nella parte arginata per impedire l esondazione delle acque di piena, furono costruite delle cateratte per scaricare le acque di esubero in altri corsi d acqua. Dall opera di presa nel fiume Serchio alle mura urbane di Pisa vi è un dislivello di circa 4,380 m coperto con pendenza media pari a 0,33 mm per metro lineare. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 4

15 3 MODELLO IDROLOGICO 3. PLUVIOMETRIA Per definire il regime pluviometrico della zona in oggetto e trovare quindi gli idrogrammi di piena relativi ai vari tempi di ritorno si e' fatto riferimento ai dati relativi alle piogge intense (t< ora) ed ai dati di durata compresa tra e 4 ore registrate alle stazione pluviometriche di: Tabella Codici stazioni pluviometriche nome codice Monte Serra 800 S. Piero a Grado 80 Coltano 830 Casa rossa Ripafratta 50 Pisa 540 Asciano 530 Per ciascuna durata sono stati raccolti i valori massimi relativi a ciascun anno del periodo di osservazione che arriva fino all anno 996. I dati suddetti sono stati ricavati dall'esame degli Annali Idrologici, parte prima, pubblicati dal Servizio Idrografico Sezione di Pisa. Tali dati sono stati sottoposti ad analisi statistica utilizzando diverse distribuzioni teoriche. In particolare l elaborazione dei dati è stata effettuata con: distribuzione di Gumbel; distribuzione GEV (Generalized Extreme Value) LN3 (Log Normale a 3 parametri) LP3 (Log Pearson a 3 parametri) P3 (Pearson a 3 parametri) Distribuzione TCEV Tali metodi, nota la serie cronologica dei valori assunti da una certa grandezza (in questo caso le piogge di data durata), consente di individuare sia i valori di tale grandezza corrispondenti ad un prefissato tempo di ritorno Tr, che cioè hanno Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 5

16 probabilità di verificarsi non più di una volta in un dato intervallo di anni, sia il tempo corrispondente ad un dato valore della grandezza in esame Il valore del tempo di ritorno e' legato a quello della probabilità di superamento (probabilità che l'evento X assuma un valore maggiore od uguale ad x) dalla seguente relazione : P (X>x) = /Tr Il valore della probabilità di non superamento risulta: P (X>x) = - P(X<x) = - /Tr Nelle figure seguenti sono riportati, come esemplificazione alcune elaborazioni effettuate sulle serie storiche considerate. Fig. Esempio di elaborazione dei dati pluviometrici per t=0 Nel caso della distribuzione tipo GEV i parametri sono stati calcolati con il metodo degli L-Moments (Hosking, 985). Per la LN3 e LP3 con il metodo della massima verosimiglianza, per la P3 e per Gumbel con il metodo dei momenti. Le curve di possibilità climatica (Pagliara-Viti, 990) sono espresse nella forma : h = a t n Tr m Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 6

17 con t espresso in ore, Tr in anni ed h in millimetri di pioggia. Tabella Curve segnalatrici per le stazioni considerate. codice t>h t>h t>h t<h t<h t<h nome a n m a n m Monte Serra S.piero a Grado Coltano Casa rossa Ripafratta Pisa Asciano Tabella 3 curva di pioggia media areale codice t>h t>h t>h t<h t<h t<h a n m a n m Pioggia media PLUVIOGRAMMA DI PROGETTO Per quanto riguarda la definizione della pioggia di progetto, nella pratica ingegneristica vengono adottati ietogrammi cosiddetti "sintetici", tali cioè da non rappresentare il reale andamento dell' evento pluviometrico, ma in grado di introdurre nelle procedure di trasformazione afflussi-deflussi una variabilità temporale della pioggia che dia luogo a risultati che si possano ritenere cautelativi. La legge di distribuzione che si introduce rappresenta, in tal modo, quello che si definisce "ietogramma di progetto". Nella letteratura tecnica esistono diverse metodologie per la definizione del suddetto "ietogramma di progetto", mentre in molti paesi la scelta del tipo di ietogramma e' fissata da apposite normative, cosa del tutto assente nel nostro paese. Nel caso in esame, tra le varie procedure disponibili si e' utilizzata quella più semplice basata su uno ietogramma di tipo rettangolare. Lo ietogramma è stato poi ragguagliato per tener conto dell estensione del bacino imbrifero mediante la metodologia Wallingford (NERC, 985) e le curve date da Pagliara, Milano et. Al. (00) e valide per il bacino dell Arno e del Serchio. Per arrivare alle cpp finali, le curve relative alle singole stazioni sono state aggregate in modo da rappresentare la pluviometria media dei vari sottobacini considerati. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 7

18 Ietogrammi di progetto h (mm) P00 P00 P30 P t (ore) Fig. 3 Ietogramma di progetto senza ragguaglio 3.3 CALCOLO DEGLI IDROGRAMMI DI PIENA Per la determinazione degli idrogrammi di piena in corrispondenza delle sezioni di chiusura di tutti i bacini esaminati si e' utilizzato un algoritmo di calcolo che, per la trasformazione afflussi-deflussi, si basa sull'impiego dell'idrogramma sintetico tipo Clark (Clark, 949). Nel caso specifico e' stato adottato, per simulare le perdite di bacino, il metodo SCS- CURVE NUMBER (SCS, 97), che è basato sulle curve di precipitazione e perdita cumulate ed in cui in funzione del tipo di suolo, del suo uso e del grado di imbibizione dello stesso, viene calcolo istante per istante il quantitativo di pioggia che va a produrre il deflusso. Tale metodo è molto diffuso, soprattutto grazie alla notevole mole di dati reperibili in letteratura per la sua applicazione, esso permette di calcolare l altezza di pioggia persa fino ad un dato istante attraverso la valutazione dell altezza di pioggia massima immagazzinabile nel suolo a saturazione (S), il cui valore viene determinato attraverso un parametro detto CN (Runoff Curve Number) il quale è funzione della natura del terreno, del tipo di copertura vegetale dello stesso e del corrispondente grado di imbibizione. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 8

19 La classificazione dei suoli secondo la natura del terreno da un punto di vista idrogeologico è riportata nella seguente Tabella 4. Una volta definito il tipo di suolo si determina il valore del CN corrispondente al tipo di copertura (vegetale e non) attraverso l'uso della Tabella 5. I valori riportati nella Tabella 5 sono relativi a condizioni medie di umidità del terreno antecedenti l evento, definite attraverso il valore della precipitazione totale nei cinque giorni precedenti l evento stesso (Antecedent Moisture Condition classe II - che in sigla viene indicata come AMC II). Tabella 4 Classificazione litologica dei suoli secondo SCS GRUPPO A B C D DESCRIZIONE Scarsa potenzialità di deflusso. Comprende sabbie profonde con scarsissimo limo e argilla, ghiaie profonde molto permeabili. Potenzialità di deflusso moderatamente bassa. Comprende la maggior parte dei suoli sabbiosi meno profondi che nel gruppo A, ma il gruppo nel suo insieme mantiene alte capacità di infiltrazione anche a saturazione. Potenzialità di deflusso moderatamente alta. Comprende suoli sottili e suoli contenenti considerevoli quantità di argilla e colloidi, anche se se meno che nel gruppo D. Il gruppo ha scarsa capacità di infiltrazione a saturazione. Potenzialità di deflusso molto alta. Comprende la maggior parte delle argille con alta capacità di rigonfiamento, ma anche suoli sottili con orizzonti pressoché impermeabili in vicinanza della superficie. Tabella 5 Parametri CN relativi a AMC II per le quattro classi litologiche e per vati tipi di uso del suolo A B C D Terreno coltivato Senza trattamenti di conservazione Con interventi di conservazione Terreno da pascolo Cattive condizioni Buone condizioni Praterie Buone condizioni Terreni boscosi o forestati Terreno sottile sottobosco povero senza foglie Sottobosco e copertura buoni Spazi aperti, prati rasati, parchi Buone condizioni con almeno il 75% dell area con copertura erbosa Condizioni normali con copertura erbosa intorno al 50% Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 9

20 Aree commerciali (impermeabilità 85%) Distretti industriali (impermeabilità %) Aree residenziali impermeabilità media % 38% % % % Parcheggi impermeabilizzati, tetti Strade Pavimentate, con cordoli e fognature Inghiaiate o selciate con buche In terra battuta (non asfaltate) Tabella 6 Condizioni di umidità antecedenti individuate in base alla precipitazione totale nei 5 giorni precedenti (mm) CLASSE AMC STAGIONE DI RIPOSO STAGIONE DI CRESCITA I <.7 < 35.5 I III >8.0 > 53.3 Tabella 7 conversione dal valore del CN valido per AMC II (valore determinato attraverso la Tabella 4) ai valori corrispondenti per AMC I o AMC III CLASSE AMC CLASSE AMC I II III I II III L individuazione della classe AMC viene effettuate con i valori riportati in Tabella 6, mentre la Tabella 7 rappresenta la tabella di conversione dal valore del CN valido per AMC II (valore determinato attraverso la Tabella 4) ai valori corrispondenti per AMC I o AMC III. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 0

21 Dai valori del parametro CN, per la determinazione della pioggia netta. è stata utilizzata l espressione : Pn = (Pg-Ia ) /(Pg-Ia+S) dove : Pn = pioggia netta in mm; Pg = pioggia grezza in mm; Ia = perdita iniziale in mm; S = altezza di pioggia massima immagazzinabile nel suolo in condizioni di saturazione (capacità di ritenzione potenziale) in mm. Il valore di S da introdurre viene determinato in funzione del parametro CN secondo l espressione seguente: S = 5.4 ((000/CN) - 0) La perdita iniziale Ia è quella che si manifesta prima dell inizio dei deflussi superficiali. Nella letteratura tecnica è riconosciuta l esistenza di una correlazione positiva fra la perdita iniziale Ia e la capacità di ritenzione potenziale S tramite la seguente espressione: I a = β S dove è un coefficiente adimensionale. La pioggia netta viene poi trasformata in deflusso per mezzo dell idrogramma sintetico di Clark (Clark, 945). 3.4 IDROGRAMMI DI PIENA Gli idrogrammi di piena sono riportati nel paragrafo successivo di volta in volta che viene introdotta la verifica idraulica su un punto di attraversamento. In allegato, in formato tabella sono riportati gli idrogrammi considerati. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate

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23 5. RILIEVO TOPOGRAFICO Il rilievo è stato realizzato mediante GPS in modalità cinematica RTK e tutti i punti di misura sono stati differenziati da un unica stazione fissa ubicata in via Pacini, in posizione centrale all area oggetto del rilievo: la distanza massima raggiunta tra il ricevitore mobile e quello fisso è stata di 500 metri. In questa configurazione geometrica l errore massimo di misura in modalità RTK è di 0 mm in planimetria e di 5 mm in altimetria. Le coordinate native GPS (WGS 84) sono state georiferite al Sistema Gauss-Boaga e le quote al livello medio marino mediante la cartografia tecnica regionale alla scala :.000. Nelle tavole allegate e riportato il rilievo effettuato come planimetria e sezioni. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 3

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25 4 CALCOLO IDRAULICO E INTERVENTI (ING.PAGLIARA) Le due figure sottostanti inquadrano gli attraversamenti studiati. Fig. 4 Attraversamenti da P a P4 Fig. 5 Attraversamenti da P4 a P3 Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 5

26 4. ATTRAVERSAMENTI P E P (TAV.) Questi attraversamenti sono quelli a Mezzana del F. lungo di Mezzana e della viaccia di Agnano. I diagrammi di piena per i diversi tempi di ritorno considerati sono riportati nelle figure sottostanti. Fig. 6 Planimetria dell area //F.LUNGO-MEZZANA-P/FLOW/0DEC999/30MIN/PISA00A0/ :00 :00 4:00 :00 4:00 0Jan000 0Jan000 Fig. 7Idrogrammi di piena F. Lungo di Mezzana Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 6

27 //F.VIACCIA-AGNANO-P/FLOW/0DEC999/30MIN/PISA00A0/ :00 :00 4:00 :00 4:00 0Jan000 0Jan000 Fig. 8 Idrogrammi di piena F. Viaccia di Agnano pisa_0_attuale Plan: Plan 0 3/8/006 Geom: pisa_0_attuale Flow : attuale scolo_mezzana P Legend WS Tr00 WS Tr00 WS Tr30 WS Tr0 Ground Left Levee Right Levee 4.0 Elevation (m) Fig. 9Attraversamento P Main Channel Distance (m) Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 7

28 pisa_0_attuale Plan: Plan 0 3/8/006 Geom: pisa_0_attuale Flow : attuale viaccia_agnano p Legend WS Tr00 WS Tr WS Tr30 WS Tr0 Ground Left Levee Right Levee 4.0 Elevation (m) Fig. 0Attraversamento P Main Channel Distance (m) Si vede come si abbiano delle esondazioni in sponda dx per la viaccia di Agnano e insufficienze per tempi di ritorno elevati per lo scolo di Mezzana. Per quanto riguarda il Fosso Lungo di Mezzana la strada deve essere a quota almeno uguale al livello della duecentennale al fine di essere in sicurezza e di non aggravare il rischio idraulico pertanto, l intradosso del pacchetto stradale deve essere alla quota di + 4,5 m s.l.m. La dimensione degli scatolari di attraversamento ricavate mediante una verifica a moto uniforme ma tenendo conto anche degli effetti di rigurgito indotti da un eventuale piena dei corpi idrici recettori è risultata pari a,50 x,00 m. I risultati sono riportati nell Appendice B. Per il fosso lungo la viaccia di Agnano vale in merito alla sicurezza idraulica quanto detto per il Fosso Lungo di Mezzana pertanto, l intradosso del pacchetto stradale deve essere alla quota di + 4,5 m s.l.m. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 8

29 La dimensione degli scatolari di attraversamento ricavate mediante una verifica a moto uniforme ma tenendo conto anche degli effetti di rigurgito indotti da un eventuale piena dei corpi idrici recettori è risultata pari a,80 x,0 m. I risultati sono riportati nell Appendice B. In fase di progettazione definitiva l indagine sarà opportunamente approfondita effettuando le verifiche a moto permanente. 4. ATTRAVERSAMENTO P3 (SCOLO DEL PORTONE RAMO 8) (TAV.) Si tratta dell attraversamento di via dei Condotti. Il fosso di riferimento e lo Scolo del Portone ramo 8 la cui verifica idraulica e riportata in appendice A P3. Fig. Zona p3 I diagrammi di piena per i diversi tempi di ritorno considerati sono riportati nelle figure sottostanti. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 9

30 //SC OLO-PORT-RAM8-P3/FLOW/0D EC999/30MIN/PISA00A0/ :00 :00 4:00 :00 4:00 0Jan000 0Jan000 Fig. Idrogrammi di piena Scolo Portone ramo 8 (p3) Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 30

31 pisa_9_attuale Plan: Plan 0 3/8/006 Geom: pisa_9_attuale Flow : attuale condotti con_ Legend WS tr WS tr00 WS tr30 WS tr0 Ground Left Levee Right Levee.6 Elevation (m) Main Channel Distance (m) Fig. 3Profilo longitudinale F. Portone ramo8 p Il sottopasso deve rispettare il franco di circa 30 cm rispetto alla quota di esondazione al fine di essere in sicurezza e di non aggravare il rischio idraulico, e in questo caso risulta pari a 0.9 m rispetto al piano di campagna. 4.3 ATTRAVERSAMENTO P3 (FIUME MORTO) Per il fiume Morto sono state considerate le sezioni del rilievo effettuato negli anni 80 per conto del consorzio Fiumi e Fossi e per quanto riguarda la verifica idraulica, essa e riportata per tutto il F. Morto considerato nella figura sottostante e i risultati in appendice A (p6). Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 3

32 fiume_morto Plan: Plan 0 3//006 Geom: f_m-esteso Flow : f_m fiume morto FM Legend WS Tr00 Ground Left Levee Right Levee 4 Elevation (m) chiesa M. d Ponte via P scarico depura tubi da 80 pi sbocco fosso d= sbocco fossi( s sbocco fosso 'Del C ponte via di Gell sbocco due fossi a va sez a valle via dei condotti Main Channel Distance (m) Fig. 4Profilo idraulico F.Morto per Tr=00 anni Per la strada si dovrà tener conto del livello di piena e delle esondazioni del F. Morto nonché di una fascia di rispetto lungo il fiume morto significativa e che possa tener conto di successivi interventi idraulici di ampliamento e sistemazione dello stesso. Facendo riferimento al progetto di massima, relativo al riassetto idraulico del Fiume Morto ( progettisti : Prof. Ing. Laudazi Vincenzo e Prof. ing. Milano Valerio), risultato agli atti del Consorzio di Bonifica Ufficio Fiumi e Fossi di Pisa, si ipotizza la soluzioni che prevede una sezione trapezia di base superiore 9 (base inferiore 9 cm, altezza 3. cm, scarpa 3/). Nel tratto di attraversamento del F.Morto nel punto P3 la quota di massima piena (Tr= 00 anni ) da considerare e pari di circa + 3,8-3,9 m s.l.m.. Di tale quota dovrà essere tenuto conto per il dimensionamento del nuovo ponte. Considerando che il Fiume Morto è un corso d acqua con velocità ridotta, che non trasporta materiali solidi di grosse dimensioni ( es. materiali legnosi, tronchi..) il ponte dovrà rispettare il franco di almeno 0.5 m rispetto al livello della duecentennale al fine di essere in sicurezza e non aggravare il rischio idraulico, per cui la quota di intradosso della trave del ponte dovrà essere a circa + 4,4 m. s.l.m. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 3

33 4.4 ATTRAVERSAMENTO P3, P3 I seguenti attraversamenti saranno studiati successivamente, nella fase della progettazione definitiva in quanto non rilevanti nell attuale fase di progettazione preliminare. 4.5 ATTRAVERSAMENTO P4 (CANALE DEMANIALE) (TAV.) Per il canale demaniale, riprendendo lo studio degli Ingg. Pagliara-Lucia effettuato per conto dell amministrazione comunale di S. Giuliano e prolungando le sezioni fino alla Figuretta, si ottiene il profilo di piena sottoriportato. canaledemaniale Plan: Plan 0 3/8/006 Geom: canaledemaniale Flow : Flow 0 Canale Demaniale r Legend WS tr00 Ground 5 Left Levee Right Levee 4 Elevation (m) figuretta 0 subito monte F.morto a valle ponte a valle ponte Main Channel Distance (m) Fig. 5Profilo di piena canale demaniale in corrispondenza dell attraversamento della strada (fra le sez. 9 e 0 (Q=6 mc/s) P4 Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 33

34 Il sottopasso deve rispettare il franco di circa 30 cm rispetto alla quota di esondazione al fine di essere in sicurezza e di non aggravare il rischio idraulico, e in questo caso, dalla carta di inviluppo esondazioni, risulta pari a.3 m rispetto al piano di campagna nel punto di maggiore depressione. La quota del fondo fosso è intorno a +.05 m s.l.m. 4.6 ATTRAVERSAMENTI P5 E _P6 (F. MORTO, SCOLO DI MAGGIOLA PARALLELO VIA PRATA) (TAV. ) In questa zona, situata sopra il F. Martraversino, si ha l attraversamento dello Scolo di Maggiola parallelo via Prata (P6) e del F. Morto (P5). Per il fiume Morto sono state considerate le sezioni del rilievo effettuato negli anni 80 per conto del consorzio Fiumi e Fossi. //X-I-PASSI/FLOW/0DEC999/3 0MIN/PISA 00A50 / :00 :00 4:00 :00 4:00 :00 4:00 0Jan000 0Jan000 03Jan000 Fig. 6Idrogrammi F. Morto (per Tr=00, 00, 30 e 0 anni) (p6) Per quanto riguarda la verifica idraulica, essa e riportata per tutto il F. Morto considerato nella figura sottostante e i risultati in appendice A (p6). Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 34

35 fiume_morto Plan: Plan 0 3//006 Geom: f_m-esteso Flow : f_m fiume morto FM Legend WS Tr00 Ground Left Levee Right Levee 4 Elevation (m) chiesa M. d Ponte via P scarico depura tubi da 80 pi sbocco fosso d= sbocco fossi( s sbocco fosso 'Del C ponte via di Gell sbocco due fossi a va sez a valle via dei condotti Fig. 7Profilo idraulico F.Morto per Tr=00 anni Main Channel Distance (m) //F.MARTRAVERSINO-P5-6/FLOW/0D EC999/30MIN/PISA00A0/ :00 :00 4:00 :00 4:00 :00 4:00 0Jan000 0Jan000 03Jan000 Fig. 8Idrogrammi F. Martraversino (per Tr=00, 00, 30 e 0 anni) (p5) Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 35

36 Per lo Scolo di Maggiola parallelo via Prata la criticità deriva dal suo sbocco nel F. Morto, in quanto i livelli nella zona finale sono comandati da quelli del corso d acqua principale. La dimensione dello scatolare per la realizzazione dell attraversamento P6 può presupporsi pari a 3,0 x 3,50 m. Saranno comunque condotte analisi idrauliche più approfondite in fase di progettazione definitiva. Per la strada si dovrà tener conto del livello di piena e delle esondazioni del F. Morto nonché di una fascia di rispetto lungo il fiume morto significativa e che possa tener conto di successivi interventi idraulici di ampliamento e sistemazione dello stesso. Facendo riferimento al progetto di massima, relativo al riassetto idraulico del Fiume Morto ( progettisti : Prof. Ing. Laudazi Vincenzo e Prof. ing. Milano Valerio), risultato agli atti del Consorzio di Bonifica Ufficio Fiumi e Fossi di Pisa, si ipotizzano due soluzioni idonee dal punto di vista idraulico: la prima quella che prevede una sezione trapezia di base superiore 9 (base inferiore 9 cm, altezza 3. cm, scarpa 3/) oppure quella sezione rettangolare di base 6 cm ( altezza 3.). Qualora sussistano forti motivazioni progettuali che impediscano la progettazione della strada, che tengano conto delle suddette distanze, è possibile ipotizzare la soluzione che prevede l inserimento di una pila in alveo nel fiume Morto. Nel tratto di attraversamento del F.Morto fra i punti P5 e P6 la quota di massima piena (Tr= 00 anni ) da considerare e pari a circa + 3 m s.l.m.( +.97 m). Di tale quota dovra essere tenuto conto per il dimensionamento del nuovo ponte. Considerando che il Fiume Morto è un corso d acqua con velocità ridotta, che non trasporta materiali solidi di grosse dimensioni ( es. materiali legnosi, tronchi..) il ponte dovrà rispettare il franco di almeno 0.5 m rispetto al livello della duecentennale al fine di essere in sicurezza e non aggravare il rischio idraulico, per cui la quota di intradosso della trave del ponte dovrà essere a circa + 3,5 m. s.l.m. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 36

37 4.7 ATTRAVERSAMENTO P7 (AFFLUENTE DX F. MORTO) (TAV. ) Scolo Maggiola lungo via S. Jacopo. Gli idrogrammi di piena sono riportati nella figura seguente. //P7 -SCOLO-MAGGIOLA/FLOW/0DEC 999/30MIN /PISA00A0/ :00 :00 4:00 :00 4:00 :00 4:00 0Jan000 0Jan000 03Jan000 Fig. 9Idrogrammi Scolo Maggiola (per Tr=00, 00, 30 e 0 anni) (p7) Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 37

38 pisa_p7 Plan: Plan 0 3//006 Geom: pisa_6_attuale Flow : Flow 0 jacopo jac_ Legend WS tr00 WS tr00 WS tr30 WS tr0 Ground Left Levee Right Levee.5 Elevation (m) Main Channel Distance (m) Fig. 0Profilo idraulico Scolo Maggiola (p7) (per Tr=00, 00, 30 e 0 anni) Il fosso risente del rigurgito del F.Morto, per cui il livello liquido massimo risulta ancora intorno a m. s.l.m. In questa zona bisogna tener conto sia degli allagamenti riportati nella tavola E che dei livelli di piena dello scolo della Maggiola. Il battente idraulico nella zona risulta pari a circa m sul livello di campagna, considerando un franco di circa 30 cm rispetto alla quota di esondazione al fine di essere in sicurezza e di non aggravare il rischio idraulico, l intradosso del pacchetto stradale deve essere alla quota di.3 m rispetto al piano di campagna. La strada deve essere a quota almeno uguale al livello della duecentennale al fine di essere in sicurezza e di non aggravare il rischio idraulico pertanto, l intradosso del pacchetto stradale deve essere alla quota di +,80 m s.l.m. La dimensione degli scatolari di attraversamento ricavate mediante una verifica a moto uniforme ma tenendo conto anche degli effetti di rigurgito indotti da un Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 38

39 eventuale piena dei corpi idrici recettori è risultata pari a 3,50 x 3,00 m. I risultati sono riportati nell Appendice B. In fase di progettazione definitiva l indagine sarà opportunamente approfondita effettuando le verifiche a moto permanente. 4.8 ATTRAVERSAMENTO P8 (TAV.) Tale attraversamento lungo via Pietrasantina riguarda l inizio del F.Oncinettto ( sez 34. nella tavola 3.3). In tale caso la quota di allagamento (Tav.E) ci da il livello idraulico da rispettare. Il ponte avrà larghezza di m e il livello liquido massimo è a quota +,8 m s.l.m. L intradosso della trave del ponte è la più vincolante tra la quota di +,9 m s.l.m. e (considerando un franco di circa 30 cm rispetto alla quota di esondazione al fine di essere in sicurezza e di non aggravare il rischio idraulico) la quota di 0.9 m rispetto al piano di campagna. 4.9 ATTRAVERSAMENTI P9 (TAV.) In questo caso bisogna ancora tener conto dei livelli di esondazione del F.Morto con quote di livello liquido intorno a +.7 m. s.l.m.. Considerando che il Fiume Morto è un corso d acqua con velocità ridotta, che non trasporta materiali solidi di grosse dimensioni ( es. materiali legnosi, tronchi..) il ponte dovrà rispettare il franco di almeno 0.5 m rispetto al livello della duecentennale al fine di essere in sicurezza e non aggravare il rischio idraulico, per cui la quota di intradosso della trave del ponte dovrà essere a circa + 3, m. s.l.m. Mentre per definire la quota della rotonda bisogna tener conto degli allagamenti riportati nella tavola E (circa 60 cm sul livello di campagna). Se a questa lama d acqua di 60 cm si aggiunge un franco di 0,3 m, la quota dell intradosso del pacchetto stradale risulta pari a m sul piano di campagna. Per la strada si dovra tener conto del livello di piena e delle esondazioni del F.Morto nonche di una fascia di rispetto lungo il fiume morto significativa e che possa tener conto di successivi interventi idraulici di ampliamento e sistemazione dello stesso. Facendo riferimento al progetto di massima, relativo al riassetto idraulico del Fiume Morto ( progettisti : Prof. Ing. Laudazi Vincenzo e Prof. ing. Milano Valerio), risultato agli atti del Consorzio di Bonifica Ufficio Fiumi e Fossi di Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 39

40 Pisa, si considera la soluzione che prevede una sezione trapezia di base superiore 9 (base inferiore 9 cm, altezza 3. cm, scarpa 3/). 4.0 ATTRAVERSAMENTO P0 (TAV.) La strada deve essere a quota almeno uguale al livello della duecentennale al fine di essere in sicurezza e di non aggravare il rischio idraulico pertanto, l intradosso del pacchetto stradale deve essere alla quota di +,35 m s.l.m. La dimensione degli scatolari di attraversamento ricavate mediante una verifica a moto uniforme ma tenendo conto anche degli effetti di rigurgito indotti da un eventuale piena dei corpi idrici recettori è risultata pari a 3,50 x 3,00 m. I risultati sono riportati nell Appendice B. In fase di progettazione definitiva l indagine sarà opportunamente approfondita effettuando le verifiche a moto permanente. 4. ATTRAVERSAMENTO P (TAV.) In questa zona si ha un attraversamento delicato in vicinanza della confluenza di 3 canali. Gli idrogrammi di piena sono: //ONCINETTO-P0"/FLOW/0DEC999/30MIN/PISA00A0/ :00 :00 4:00 :00 4:00 :00 4:00 0Jan000 0Jan000 03Jan000 Fig. Idrogrammi oncinetto p0 (per Tr=00, 00, 30 e 0 anni) (p0 ) Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 40

41 //J/FLOW/0DEC999/30MIN/PISA00A0/ :00 :00 4:00 :00 4:00 :00 4:00 0Jan000 0Jan000 03Jan000 Fig. Idrogrammi al nodo j (per Tr=00, 00, 30 e 0 anni) //P-ON CINETTO/FLOW/0DEC 999/30MIN/PISA00A0/ :00 :00 4:00 :00 4:00 :00 4:00 0Jan000 0Jan000 03Jan000 Fig. 3Idrogrammi oncinetto p (per Tr=00, 00, 30 e 0 anni) (p) La planimetria dell area e riportata nella figura sottostante. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 4

42 Fig. 4Zona interessata dall attraversamento P an t i f os so _DX an t i f o ss o_sx DX_ 40 SX_ Fium_ 30 j 3 3 Fium_ 33. o F i umi ce l l Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 4

43 Fig. 5Planimetria di calcolo (p) p Plan: Plan 0 3//006 Geom: pisa_3_attuale Flow : 4 Fiumicello Fium_ antifosso_dx DX_ Legend WS tr00 Ground Left Levee Right Levee 3 Elevation (m) Fig. 6Profilo di piena antifosso dx Main Channel Distance (m) Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 43

44 p Plan: Plan 0 3//006 Geom: pisa_3_attuale Flow : 4 Fiumicello Fium_ antifosso_sx SX_ Legend WS tr00 Ground Left Levee Right Levee 3 Elevation (m) Fig. 7Profilo di piena antifosso sx Main Channel Distance (m) Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 44

45 p Plan: Plan 0 3//006 Geom: pisa_3_attuale Flow : 4 Fiumicello Fium_ Fiumicello Fium_ Legend WS tr00 Ground Left Levee Right Levee 3 Elevation (m) Fig. 8Profilo di piena per il Fiumicello Main Channel Distance (m) In appendice A sono riportati i risultati del calcolo. Anche in questo caso, come per gli altri ponti di codesta relazione idraulica, si propone che la quota del ponte debba essere superiore rispetto al livello della duecentennale al fine di essere in sicurezza e non aggravare il rischio idraulico, per cui tenendo conto che nel tratto di attraversamento la quota di massima piena ( T=00 anni ) da considerare è pari a circa +,8 m s.l.m., la quota di intradosso della trave del ponte dovrà essere a circa,90 m. s.l.m. Le spalle del ponte devono essere fuori dall alveo, inoltre si deve tener conto di un ulteriore metro di sovrapposizione (in riva destra e sinistra) rispetto alla quota arginale che definisce l attuale sezione del fosso. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 45

46 4. ATTRAVERSAMENTO P (TAV.) Fig. 9 Zona interessata dall attraversamento P Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 46

47 ..9 de l p er o pero_ Fig. 30Planimetria di calcolo (p) Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 47

48 Fig. 3Profili di piena (p) Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 48

49 //P-FOSSO-PERO/FLOW/0DEC999/30MIN/PISA00A0/ :00 :00 4:00 :00 4:00 :00 4:00 0Jan000 0Jan000 03Jan000 Fig. 3Idrogrammi F. del Pero (p) In questa zona bisogna tener conto sia degli allagamenti riportati nella tavola E che dei livelli di piena del fosso del Pero. Il battente idraulico nella zona risulta pari a circa m sul livello di campagna, considerando un franco di circa 30 cm rispetto alla quota di esondazione al fine di essere in sicurezza e di non aggravare il rischio idraulico, l intradosso del pacchetto stradale deve essere alla quota di.3 m rispetto al piano di campagna. La strada deve essere a quota almeno uguale al livello della duecentennale al fine di essere in sicurezza e di non aggravare il rischio idraulico pertanto, l intradosso del pacchetto stradale deve essere alla quota di +,30 m s.l.m. La dimensione degli scatolari di attraversamento ricavate mediante una verifica a moto uniforme ma tenendo conto anche degli effetti di rigurgito indotti da un eventuale piena dei corpi idrici recettori è risultata pari a 3,00 x,50 m. I risultati sono riportati nell Appendice B. In fase di progettazione definitiva l indagine sarà opportunamente approfondita effettuando le verifiche a moto permanente. L intradosso della trave del ponte è la più vincolante tra la quota di +,30 m s.l.m. e la quota di.30 m rispetto al piano di campagna. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 49

50 In questo caso si ha l attraversamento del F. Fiumaccio. 4.3 ATTRAVERSAMENTO P3 (TAV.) sez_4 sez_3. sez_3 sez_.9 sez_ sez_. sez_. sez_ sez_.9 sez_0.9 sez_0 Fig. 33Planimetria (p3) Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 50

51 //P3-F.FIUMACCIO/FLOW/0DEC999/30MIN/PISA00A0/ :00 :00 4:00 :00 4:00 :00 4:00 0Jan000 0Jan000 03Jan000 Fig. 34Idrogrammi di piena Fiumaccio (p3) Fig. 35Profilo di piena (p3) Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 5

52 In questa zona bisogna tener conto sia degli allagamenti riportati nella tavola E che dei livelli di piena del fosso Fiumaccio. Il battente idraulico nella zona risulta pari a circa 0,6 m sul livello di campagna, considerando un franco di circa 30 cm rispetto alla quota di esondazione al fine di essere in sicurezza e di non aggravare il rischio idraulico, l intradosso del pacchetto stradale deve essere alla quota di 0,9 m rispetto al piano di campagna. La strada deve essere a quota almeno uguale al livello della duecentennale al fine di essere in sicurezza e di non aggravare il rischio idraulico pertanto, l intradosso del pacchetto stradale deve essere alla quota di +,70 m s.l.m. La dimensione degli scatolari di attraversamento ricavate mediante una verifica a moto uniforme ma tenendo conto anche degli effetti di rigurgito indotti da un eventuale piena dei corpi idrici recettori è risultata pari a 3,50 x 3,00 m. I risultati sono riportati nell Appendice B. In fase di progettazione definitiva l indagine sarà opportunamente approfondita effettuando le verifiche a moto permanente. L intradosso della trave del ponte è la più vincolante tra la quota di +,70 m s.l.m. e la quota di 0,90 m rispetto al piano di campagna. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 5

53 5 PERICOLOSITÀ IDRAULICA AI SENSI DEL PAI 5. PERICOLOSITÀ IDRAULICA ARNO E SERCHIO Fig. 36 Pericolosità ai sensi del PAI Piano di Bacino del Fiume Arno stralcio Assetto Idrogeologico Pericolosità idraulica. Piano di Bacino del Fiume Serchio stralcio Assetto Idrogeologico Pericolosità idraulica. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 53

54 Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 54

55 6 CALCOLO IDRAULICO RETE IDRAULICA MINORE 6. CONTINUITA DELLA RETE IDRAULICA MINORE Durante i sopralluoghi effettuati nell zona oggetto dello studio è stato riscontrato, come ovviamente era prevedibile vista l appartenenza dell area al bacino di bonifica del fiume Morto, un elevata densità del reticolo idrografico minore (scoline e copofossi). Pertanto a seguito della realizzazione dell intervento in progetto dovrà essere garantita la continuità del suddetto reticolo minore mediante la realizzazione lungo i rilevati stradali di fossi di guardia che raccolgano le acque delle scoline e dei capofossi intercettati dal tracciato stradale. Tali fossi di guardia attraverseranno poi la sede stradale attraverso delle condotte circolari di diametro D 50 cm del tipo finsider, mediamente una ogni 00 metri di sviluppo stradale, così da ripristinare la continuità idraulica. L analisi di tali attraversamenti verrà in seguito approfondita in fase di progettazione definitiva. 7 CALCOLO DELLE AREE ALLAGATE (ING. PAGLIARA) 7. COSTRUZIONE DEL DTM La realizzazione di un DTM dell area in esame ha avuto come scopo quello di rappresentare il piano di campagna attraverso un dataset di punti georeferenziati (x,y,z) distribuiti regolarmente secondo un reticolo di maglia quadrata. Metodologia di lavoro: Acquisizione della cartografia di base disponibile: o CTR vettoriale a scala : ; Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 55

56 o CTR vettoriale a scala :.000; o Rilievo topografico; Georeferenziazione degli elementi topografici raster; 7. CALCOLO IDRAULICO IN MOTO VARIO BIDIMENSIONALE Il calcolo idraulico è stato effettuato a moto permanente lungo i corsi d acqua ed a moto vario bidimensionale per quanto riguarda la propagazione delle esondazioni. Il calcolo del profilo di rigurgito a moto permanente viene effettuato risolvendo l'equazione dell'energia con le perdite di carico distribuite valutate mediante l'equazione di Manning, sono calcolate inoltre le perdite di carico localizzate dovute a repentini cambiamenti di sezione nonché alla presenza di manufatti come ponti stramazzi e briglie. L individuazione delle aree esondabili è stata effettuata mediante studio idraulico di moto vario, condotto con l ausilio di modelli unidimensionali estesi e di modelli bidimensionali, delle aree inondabili. Nel calcolo e stato tenuto conto delle caratteristiche geometriche e topografiche del territorio, nonché della presenza di eventuali opere interferenti in varia misura con il deflusso fluviale (ponti, rilevati stradali, traverse, ecc.). In tale fase risulta altresì opportuna la ricognizione dello stato di consistenza delle opere di difesa dalle inondazioni (quali vasche di assorbimento e/o di laminazione, scolmatori, ecc.). Dall analisi di tali informazioni si potrà determinare, con l'ausilio di modelli monodimensionali e bidimensionali di moto vario, il livello idrico raggiunto dalle piene in corrispondenza del tempo di ritorno pari a 00 anni. 7.3 MODELLO DI CALCOLO IN MOTO VARIO BIDIMENSIONALE Il calcolo e stato effettuato propagando, per ciascuna sezione risultata idraulicamente insufficiente del tratto preso in considerazione, le acque di esondazione sulla pianura alluvionale. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 56

57 Il calcolo è stato effettuato mediante un modello di simulazione in moto vario bidimensionale (l unico che permetta, con un ottimo grado di precisione il calcolo della propagazione delle acque di esondazione). In particolare è stato usato il modello FIMD (Pagliara ). Il modello matematico usato simula Il flusso bidimensionale a superficie libera mediante il sistema alle derivate parziali, iperbolico, non lineare, delle equazioni complete di De Saint Venant. Le equazioni di continuità e del moto nelle due direzioni possono essere scritte, h t + M x N + y = 0 () M t ( um ) ( vm ) H gh x y x + τ x ρ = 0 () N t ( un) ( vn) H gh x y y + τ ρ y = 0 (3) con: τ x ρgn u u + v = 3 / (4) h τ y ρgn v u + v = 3 / (5) h in cui g è l accelerazione di gravità, x ed y sono le coordinate spaziali, t il tempo, h l altezza d acqua, u e v le componenti della velocità nelle due direzioni, M = u h Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 57

58 = flusso nella direzione x; N = v h = flusso della corrente nella direzione y, H è la quota della superficie libera, n il coefficiente di scabrezza di Manning, la densità dell acqua mentre x e τ y sono gli sforzi tangenziali al fondo, rispettivamente nelle direzioni x ed y. Il metodo usato per la formulazione numerica delle equazioni ()-(3) e quello originariamente proposto da Iwasa (Iwasa et al., 980) e usa uno schema alle differenze finite di tipo esplicito. L equazione di continuità viene scritta nella forma seguente: h 3 i+ /, j+ / h t i+ /, j+ / M + i+, j+ / M x i, j+ / + N i+ /, j+ N y i+ /, j = 0 (6) i vari termini nella eq. sono così esprimibili: a) M t = M n i, j+ / Mi, j+ / t (7) b) n n ( um ) M i+, j + / + M i, j = + / ( ) x x h i+ /, j + / x h M + M n i, j+ / i /, j+ / n i, j+ / (8) c) n n n n ( vm) ( Mij, + / + Mij, + 3 / )( Ni+ /, j+ + Ni /, j+ ) y = y n n n n hi /, j+ / + hi+ /, j+ / + hi /, j+ 3 / + hi /, j+ 3 / y h n n n n ( M + M )( N + N ) i /, j / i, j+ / + h i, j / i+ /, j / + h i+ /, j i+ /, j+ / i /, j + h i /, j+ / (9) Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 58

59 d) gh H x hi = g + /, j+ / + hi /, j+ / H i+ /, j+ / Hi /, j+ / x (0) e) ( ( ) n ( ) ( ) + ij n ) ( 3 / hi+ /, j+ / + hi /, j+ / )/, + /, + /, + /, + / gn ρ τ ij uij uij v x = () i termini della equazione (3) possono essere così scritti: a') N t = N n n i+ + /, j Ni+ /, j t () b') n n n n ( un ) ( Mi+, j+ / + Mi+, j / )( Ni+ /, j + Ni+ 3/, j) x = x h + h + h + h i+ /, j+ / i+ /, j / i+ 3 /, j / i+ 3 /, j+ / n n n n ( Mij, + / + Mij, / )( Ni /, j + Ni+ /, j) x h h h h i /, j+ / + i /, j / + i+ /, j / + i+ /, j+ / (3) c') ( vn ) = y y h i+ /, j+ / N n n i+ /, j + Ni+ /, j+ y h i+ /, j / N n n i+ /, j + Ni+ /, j (4) Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 59

60 d') H gh y = g h i + /, j+ / + hi + /, j / H i+ /, j+ / H i+ /, j / y (5) e') ρ τ y = ( ( ) n n ( ) ( ) + i j ) ( ) 3 / hi+ /, j+ / + hi+ /, j / / i+ /, j i+ /, j i+ /, j + /, gn v u v (6) in cui: u i, j+ / = n ( Mi, j+ / + Mi, j+ / ) / ( hi+ /, j+ / + hi /, j+ / ) / v i+ /, j = n n ( Ni+ + /, j + Ni+ j) /, / ( hi+ /, j+ / + hi+ /, j / ) / Il calcolo procede mediante la soluzione delle equazioni () e (3) per le incognite M e N in quanto i valori M n, N n e h sono specificati dalle condizioni iniziali o sono conosciuti dal precedente passo temporale. I valori M ed N sono sostituiti nella equazione di continuità e quindi viene ricavata l incognita h 3. La versione più recente del codice di calcolo prevede alcune modifiche nei termini non lineari, al fine di ottenere una migliore stabilità dello schema numerico. Sono presenti nel modello due diversi tipi di condizioni al contorno. La prima e quella che considera una condizione al contorno in cui il flusso M=N=0, mentre la seconda considera la possibilità di far defluire la portata in arrivo verso l esterno della mesh considerata. Il fronte della corrente e trattato in modo tale che quando l altezza d acqua è minore di un prefissato valore (p.e. 0.00m), il flusso nella rispettiva cella è Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 60

61 assunto pari a zero. Particolari equazioni sono usate nel modello, nel caso in cui si abbia un gradino od un salto di fondo fra due celle adiacenti. La propagazione della piena lungo il corso d acqua arginato viene effettuata usando le equazioni complete di De Saint Venant: 0 ga Q t + Q Q Q A H n QQ ga x ga x + x + A R = / (7) A Q + = q t x in cui Q è la portata, A è la sezione trasversale, R il raggio idraulico, H la quota della superficie libera, q la portata laterale ed n il coefficiente di scabrezza della equazione di Manning. Le equazioni vengono risolte numericamente mediante uno schema alle differenze finite di tipo esplicito. Le due necessarie condizioni al contorno vengono specificate come idrogramma Q=Q(t) nella sezione di monte e come andamento dei livelli in funzione del tempo nella sezione di valle da stabilire in base alla condizione al contorno presente in tale sezione. 7.4 RISULTATI DEL CALCOLO DELLE ESONDAZIONI Nella tavola E sono riportati i risultati del calcolo nello stato attuale come inviluppo delle altezze d acqua ottenute su ciascun punto del piano considerato. Il calcolo e stato effettuato considerando le insufficienze per Tr = 00 anni relativamente ai seguenti corsi d acqua: Fiume Serchio Fiume morto Fiume Arno Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 6

62 7.5 CONSIDERAZIONI CIRCA LA REALIZZAZIONE DELLA STRADA RELATIVAMENTE AL RISCHIO DI ESONDAZIONE La strada attraversa un territorio che risulta essere a forte rischio di esondazione. Per questo motivo, particolare accortezza deve essere posta alla sicurezza della stessa e al fatto che la sua realizzazione non vada a creare situazioni di aggravio del rischio. Per tali motivo la strada dovrà essere impostata a quota superiore rispetto alla quota prevista per le acque di esondazione e dovrà provvista di tubazioni di passaggio del corpo stradale in numero cospicuo in modo da non interrompere i flussi idraulici e creare quindi indesiderati effetti barriera. 8 INDICAZIONI PROGETTUALI Nei punti di attraversamento dei canali di bonifica, la strada deve essere a quota almeno uguale al livello della duecentennale al fine di essere in sicurezza e di non aggravare il rischio idraulico. Tenuto conto che i canali di bonifica hanno deboli pendenze, velocità ridotte, nel suddetto studio è stato considerato un franco nullo; per qui la quota dell intradosso del pacchetto stradale deve essere alla quota almeno uguale al livello della duecentennale. Per quanto riguarda il Fiume Morto, è opportuno che il franco sia di almeno pari a 0,5 m fino ad m rispetto al livello della duecentennale al fine che il ponte sia in sicurezza e non aggravi i l rischio idraulico. Considerando il fatto che il Fiume Morto è un corso d acqua con velocità ridotta, che non trasporta materiali di grosse dimensioni, quali tronchi, materiali legnosi, si propone in questo studio un franco pari ad 50 cm, da concordare e concertare con gli enti interessati. Le rotatorie devono rispettare il franco di 30 cm rispetto alla quota di esondazione al fine di essere in sicurezza e non aggravare il rischio idraulico. Così come i sottopassi devono rispettare il franco di 30 cm rispetto alla quota di esondazione al fine di essere in sicurezza e non aggravare il rischio idraulico. Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 6

63 Inoltre nel punto di attraversamento del canale la quota della strada in sottopasso dovrà tener conto di un ulteriore metro, metro e mezzo sotto la quota fondo fosso. In sintesi abbiamo: Punti intersezione Nome canale intervento Franco (m) Quota (m) Sezione scatolare P F.viaccia Scatolare 0,0 4,5 m s.l.m,5x,0 P Scolo del scatolare 0,0 4,5 m s.l.m,8x, portone P3 Scolo del sottopasso 0,3 rispetto alla 0,9 m rispetto al portone quota del battente piano di campagna ramo 8 idraulico P3 Fiume Morto ponte Almeno 0, m s.l.m intradosso trave ponte P4 Canale sottopasso 0,3 rispetto alla,3 m rispetto al Nota. Quota Demaniale quota del battente piano di campagna fondo fosso + idraulico nel punto di maggior,05 m s.l.m. depressione P5 Fiume Morto ponte Almeno 0,5 + 3,5 m s.l.m intradosso trave ponte P6 Via Prata scatolare 0,0 3,5 x 3,0 P7 Scolo scatolare 0,3 rispetto alla Maggiola quota del battente idraulico P8 Lungo via ponte 0,3 rispetto alla Pietrasantina quota del battente idraulico L intradosso del 3,5 x 3,0 pacchetto stradale: la più vincolante tra la quota di +,8 m s.l.m. e la quota di,3 m rispetto al piano di campagna. L intradosso della Il ponte avrà trave del ponte: la più larghezza di vincolante tra la m quota di +,9 m s.l.m. e la quota di 0.9 m rispetto al piano di campagna. P9 Fiume Morto ponte Almeno 0,5 + 3, m s.l.m intradosso trave ponte P0 Colatore scatolare 0,0 +,35 m s.l.m 3,50 x 3 Lamapiena intradosso pacchetto Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 63

64 stradale. P Antifosso dx, ponte 0,0 +,9 m s.l.m antifosso sx, fiumicello P F. del Pero scatolare 0,3 rispetto alla quota del battente idraulico intradosso trave ponte L intradosso del pacchetto stradale: la più vincolante tra la quota di +,30 m s.l.m. e la quota di.3 m rispetto al piano di campagna Le spalle del ponte devono essere fuori dall alveo 3,0x,5 P3 Fiumaccio scatolare 0,3 rispetto alla quota del battente idraulico L intradosso del pacchetto stradale: la più vincolante tra la quota di +,70 m s.l.m. e la quota di 0,9 m rispetto al piano di campagna 3,50 x 3 9 CONCLUSIONI E stato eseguito il calcolo idrologico ed idraulico dei corsi d acqua che interessano la realizzazione della nuova viabilità est-ovest nei comuni di Pisa e S. Giuliano Terme. Il calcolo ha permesso inoltre di evidenziare le aree soggette ad allagamento al fine di permettere una corretta realizzazione della nuova infrastruttura. Pisa, ottobre 006 Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 64

65 - Tav. : reticolo idrografico e bacini imbriferi - Tav. : intersezioni strada-reticolo idraulico - Tav. 3.: planimetria rilievi - Tav. 3.: sezioni - Tav. 3.3: sezioni - Tav. 3.6: sezioni - Tav. E esondazioni per Tr=00 anni (stato attuale) 0 ALLEGATI: Studio idrologico-idraulico e delle aree allagate 65