COMUNE DI PAVULLO N.F. PROVINCIA DI MODENA

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1 COMUNE DI PAVULLO N.F. PROVINCIA DI MODENA PIANO DI COLTIVAZIONE E SISTEMAZIONE "CAVA LE SALDE-PORCIA" P.A.E. COMUNE DI PAVULLO N.F. A.E.C. "LE SALDE - PORCIA" RELAZIONE DI SCREENING ALLEGATO 5 RELAZIONE IDRAULICA PROPRIETA': FRANTOIO FONDOVALLE s.r.l. RESPONSABILE DEL PROGETTO COORDINATORE DEL GRUPPO DI LAVORO GRUPPO DI LAVORO: Geom. Lorenzo Lorenzoni TOPOGRAFIA Geom. Lorenzo Lorenzoni Dott. Agr. Rita Bega VIDIMAZIONI: Dott. Geol. Giorgio Masotti ASPETTI GEOLOGICI ED IDROGEOLOGICI Dott. Geol. Katia Lorenzoni ASPETTI GEOLOGICI ED IDROGEOLOGICI Dott. Michela Malagoli RUMORE E QUALITA' DELL'ARIA Dott. Agr. Rita Bega PROGETTO RIPRISTINO VEGETAZIONALE E ASPETTI AMBIENTALI Dicembre 2010

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3 RELAZIONE IDRAULICA OGGETTO : Relazione idraulica per la regimazione delle acque superficiali esterne ed interna all area estrattiva nell ambito del progetto di coltivazione della cava di materiale ghiaioso-sabbioso denominata Le Salde - Porcia nel Comune di Pavullo nel Frignano di proprietà della Ditta Frantoio Fondovalle s.r.l. PREMESSA Su incarico ricevuto dalla Ditta FRANTOIO FONDOVALLE S.r.l. si è proceduto alla stesura della presente relazione idraulica allo scopo di definire la regimazione delle acque superficiali derivanti dalle precipitazioni meteoriche interessanti sia l area interna al perimetro di escavazione per la coltivazione di cava di materiale ghiaoso-sabbioso denominata Le Salde - Porcia sia l area esterna a monte della Strada Provinciale n 4 Fondovalle Panaro la quale è fisicamente interessata nel suo naturale deflusso verso il Fiume Panaro transitante a Ovest dell area di coltivazione di cava. Tali verifiche sono indispensabili per pervenire, da parte degli Organi competenti, al rilascio della necessaria autorizzazione alla coltivazione dell cava, previo verifica che sull area oggetto di attività estrattiva siano garantite adeguate condizioni di sicurezza idraulica per lo smaltimento delle acque meteoriche nelle aree ribassate senza che vengano meno le condizioni di sicurezza per il versante ad est dell area di cava, al di là della Strada Provinciale. L'obbiettivo è stato raggiunto in quattro fasi: 1. determinazione del bacino imbrifero di influenza il cui sgrondamento interessa l area di coltivazione della cava; 2. determinazione della curva di possibilità pluviometrica caratteristica del bacino in esame in corrispondenza ad assegnati tempi di ritorno; 3. verifica delle sezioni di scolo dei fossi che trasferiscono da una parte all altra della Strada Provinciale le acque meteoriche defluenti sul versante di influenza e della sezione terminale che sbocca nel Fiume Panaro; 4. determinazione del sistema di convogliamento, decantazione e defluimento delle acque meteoriche interessanti le aree ribassate temporanee di estrazione del materiale ghiaososabbioso in accordo con le prescrizioni definte nel Piano delle Attività Estrattive del Comune di Pavullo nel Frignano; 1

4 DETERMINAZIONE DEL BACINO IMBRIFERO DI INFLUENZA 2

5 L area a monte della cava di estrazione, localizzata ad Ovest della Strada Provinciale del Fondovalle Panaro, che definisce, per effetto delle precipitazioni sul bacino, delle portate al colmo di piena per determinato tempo di ritorno, può essere definita considerando il reticolo idrografico superficiale della zona contornata ad ovest dalla sommità del versante, a Sud dal Rio delle Salde e a Nord dal Fosso Ceragno. La consistenza complessiva del bacino esterno gravante sull area di cava è di 55 ettari circa. DETERMINAZIONE DELLA CURVA DI POSSIBILITA PLUVIOMETRICA La determinazione della portata di piena al colmo avverrà mediante l utilizzo di un metodo dato dall'applicazione di un modello deterministico di trasformazione basato sui dati pluviometrici, normalmente più numerosi di quelli idrometrici. Ammettendo quindi che un evento di piena di portata al colmo di dato tempo di ritorno venga prodotto da una precipitazione dello stesso tempo di ritorno, può essere utilizzato, in mancanza di informazioni precise sulle serie temporali che caratterizzano la pluviometria del bacino, un modello deterministico di trasformazione afflussideflussi considerando eventi meteorici di intensità costante. Per il calcolo delle portate di piena prodotte dal bacino, inteso come insieme di sottobacini imbriferi afferenti al punto di recapito al ricettore, la massima portata dipende dall'altezza di pioggia caduta in un tempo critico t assunto pari al tempo di corrivazione del bacino in esame. Per l individuazione di tale pioggia è necessario effettuare un analisi del regime delle precipitazioni intense sul territorio. Ci si riferisce alla relazione che lega l'altezza delle precipitazioni hd(t) alla durata d ed al tempo di ritorno T, relazione nota come Curva di Possibilità Pluviometrica (C.P.P.), esprimibile nella forma monomia: h d n ( T ) a( T ) d = (mm) in cui i parametri a ed n, funzioni in generale di T, sono stimati sulla base delle serie storiche dei massimi annuali delle altezze di precipitazione di differente durata. In particolare, per la stima delle curve di possibilità climatica, relative ai tempi di ritorno di interesse valide per il comprensorio della Provincia di Modena, si adottano curve a due rami e quattro parametri a 1, a 2, n 1, n 2, ovvero: n1 h ( d, T ) = a1d d < 1 h n2 h ( d, T ) = a2d d > 1 h 3

6 Tempo di ritorno a1 (mm/h) n1 a2 (mm/h) n2 [anni] [t<1 h] [t<1 h] [t>1 h] [t>1 h] Fissare il tempo di ritorno significa stabilire statisticamente che un certo evento si verifichi mediamente 1 volta nell'intervallo temporale stabilito; in pratica si definisce una probabilità di non superamento. Questo tipo di determinazione informa anche sul livello di criticità di una precipitazione ed informa il progettista sul margine di rischio a cui andrà incontro un'opera idraulica nel corso della sua vita. Ovviamente tempi di ritorno elevati (100 o 1000 anni) preludono a precipitazioni di forte o fortissima intensità, viceversa bassi tempi di ritorno (2-5 anni) caratterizzano piogge con intensità modesta. Il tempo di ritorno da adottare nel dimensionamento delle reti di drenaggio delle acque meteoriche del bacino imbrifero è di 100 anni. Non tutto il volume affluito durante una precipitazione giunge alla rete idrica superficiale: vi sono infatti fenomeni idrologici legati all'infiltrazione ed all'immagazzinamento di acque nelle depressioni superficiali che incidono sul volume d'acqua piovuta. Tali fenomeni possono essere convenientemente espressi attraverso l impiego di un coefficiente φ detto coefficiente di deflusso. Si è giunti a proporre la formula seguente per il calcolo del coefficiente di deflusso di un bacino: ϕ = ϕ (1 I ) + ϕ PERM i cui valori dei contributi f PERM e f IMP, rispettivamente delle aree permeabili ed impermeabili, sono a rigore da assumersi variabili con tempo di ritorno T di progetto secondo quanto riportato nella seguente tabella: M IMP I M T (anni) f PERM f IMP < >

7 Ai fini del dimensionamento del bacino scolante in oggetto si considera, pur essendo il versante scarsamente antropizzato, in massima parte rappresentato dal versante naturale, un coefficiente medio di deflusso pari a 0,70, valore che tiene conto con adeguato margine di sicurezza che la tipologia del terreno a matrice superficiale limo-argillosa (che causa fenomeni franosi e/o di slittamento così diffusi nei versanti appnninici della zona) permette una ridotta filtrazione nel substrato più profondo e quindi un deflusso verso valle di una percentuale sensibile delle precipitazioni interessanti l area. Si adotta quale modello di trasformazione afflussi-deflussi per la stima delle portate meteoriche generate dal comparto il metodo cinematico o della corrivazione. La stima delle portate meteoriche defluenti nella rete di drenaggio di comparto viene condotta mediante la formula razionale, partendo dai dati pluviometrici e considerando per la sezione da dimensionare/verificare un bacino idrologico-idraulico costituito da un unico serbatoio caratterizzato da una propria superficie (data dalla sommatoria delle superfici idraulicamente a monte della sezione considerata), un proprio coefficiente di deflusso e un tempo di corrivazione caratteristico. Q = ϕ i A dove: ϕ è il coefficiente di deflusso medio del bacino considerato; n 1 i = a d è l intensità di pioggia corrispondente ad una durata di precipitazione d; A è la superficie del bacino considerato. L evento critico, che a parità di tempo di ritorno definisce il valore massimo di portata, è, come detto, caratterizzato da durata pari al tempo di corrivazione del bacino. La portata al colmo calcolata assume dunque la forma: Q = ϕ a t Il tempo di corrivazione del bacino si determina attraverso la relazione: t c = t a + t r dove t a è il tempo di accesso alla rete relativo al sottobacino drenato posto all estremità di monte del percorso idraulico più lungo e t r è il tempo di rete. Il tempo di corrivazione del bacino imbrifero è considerato pari a 60 minuti. La portata defluente dal bacino in oggetto per tempo di ritorno 100 anni è pari a: 1 1 BACINO MONTE CAVA Q 100 = 0.70 x 59.4 x (60/60) x x x = 6.35 mc/s Il bacino a monte della cava presenta 4 recapiti verso la golena del Fiume Panaro ricettore finale. Ciascun recapito avrà mediamente una portata defluente di pioggia pari a 1.59 mc/s. n 1 C A 5

8 VERIFICA DELLE SEZIONI DI SCOLO DEI FOSSI A valle degli attraversamenti sotto la Strada Provinciale del Fondovalle, ovvero all interno dell area di coltivazione della cava, ciascun attreversamento defluisce in un fosso in terra che dovrà garantire il deflusso verso il ricettore finale Fiume Panaro. Il canale posto più a nord defluirà nel Fosso Ceragno anziché direttamente nel Fiume Panaro in quanto in questo modo si avranno meno interferenze con l area di coltivazione della cava. Per quanto riguarda gli altri fossi, quello posto più a sud defluirà direttamente verso il fiume mentre i due fossi intermedi confluiranno in un unico fosso il quale poi a sua volta defluirà nel ricevente principale. In questo modo anche temporaneamente durante le operazioni di coltivazione, scavo e ripristino dei successivi fronti di scavo, si garantirà un adeguato deflusso. Risulta perciò fondamentale il dimensionamento del fosso interno all area di cava nel quale confluiscono due dei quattro attraversamenti con una portata defluente con tempo di ritorno di 100 anni pari a 1.59 mc/s x 2 = 3.18 mc/s. Il fosso in progetto, il quale sarà realizzato in area non oggetto di scavo, in quanto già escavata in passato, sarà realizzato a sezione trapezia in terra e si può ipotizzare per esso un coefficiente di 1 3 Gaukler-Strickler pari a 70 m s considerando un fondo rivestito in argilla e una periodica manutenzione per garantirne la pulizia. Sulla base delle quote altimetriche nell area di attraversamento si può considerare una pendenza media del canale defluente pari al 1%. 6

9 Ipotizzando condizioni di moto uniforme nel canale si ricava che la portata massima transitante nello stesso è data dalla formula: dove Q 2 / 3 canale = K s AR RR K s è il coefficiente di Gaukler-Strickler prima definito pari a R R è il raggio idraulico a totale riempimento pari a: A R / C = 1.44 /( ) = 0. 64m i 1/ m = 1.44m A R è l area bagnata a totale riempimento pari a ( ) 2 i è la pendenza media del canale pari a La portata in condizioni di moto uniforme è pari a 4.27 m / s. La portata di progetto che defluisce nel canale per effetto del confluimento dei tre attraversamenti posti più a sud è pari a 3.18 mc/s per cui anche avendo considerato un tempo di ritorno molto elevato, 100 anni appunto, si ottiene un adeguato margine di sicurezza. s CONVOGLIAMENTO, DECANTAZIONE E DEFLUIMENTO ACQUE AREA DI CAVA Una volta trattati gli aspetti legati al deflusso delle acque meteoriche provenienti dal bacino di influenza esterno all area di cava il quale deve sia durante le fasi di escavazione che a ripristino avvenuto defluire verso il corpo idrico superificiale ricettore rappresentato dal Fiume Panaro, si considera ora il convogliamento, decantazione e defluimento delle acque meteoriche direttamente interessanti le aree di coltivazione della cava. In primo luogo si richiama quanto definito nel Piano delle Attività Estrattive del Comune di Pavullo nel Frignano, il quale relativamente alla Cava Le Salde - Porcia di cui all oggetto prescrive: I piani di coltivazione di cava dovranno prevedere le modalità di smaltimento delle acque piovane raccolte nelle aree ribassate, tramite adeguato raccordo, in uscita, alla rete di canali di drenaggio e di scolo (le acque esterne non devono comunque affluire in cava). La immissione nel Fiume Panaro delle acque raccolte in cava, ad escavazione in corso, non potrà avvenire in modo diretto nell alveo. Per la immissione verso il Panaro, ad escavazione terminata, dovranno essere puntualizzate le sezioni di ingresso per il prelievo delle acque superficiali, per ciascuna delle connesisoni polofiume. Si cita inoltre la Circolare della Provincia di Modena Servizio Gestione Integrata Sistemi Ambientali del 19/12/2007 recante Criteri di Applicazione della Delibera di Giunta Regionale 286/2005 e della Delibera di Giunta Regionale 1860/2006 per gli scarichi di acque meteoriche di 7

10 dilavamento e acque di prima pioggia la quale definisce tra le attività soggette alla DGR 286/2005 anche le attività estrattive/impianti di cava definendo: sono sottoposte alla disposizoni della direttiva le aree dove sono ubicati gli impianti di frantumazione/lavaggio dei materiali estratti, compreso il loro stoccaggio.lo scarico è classificato come acque reflue di dilavamento. Sono escluse le aree dove effettivamente si svolge l attività estrattiva. Quindi trattandosi di area di escavazione e non di stoccaggio né tantomeno di lavorazione, le acque meteoriche che interessano l area non devono essere considerate come acque meteroriche di dilavamento e quindi non si deve ottemperare alle prescrizioni per il trattamento delle acque come definito nelle sopraccitate delibere regionali. In ottemperamento però a quanto prescritto nel PAE comunale le acque meteoriche che interesseranno le aree ribassate di scavo temporaneo, per esse si prevederà non un semplice deflusso verso il Fiume Panaro, bensì un convogliamento mediante pompaggio dalle quote di fondo scavo in una vasca di decantazione temporanea (la cui presenza è necessaria per il periodo di scavo ed estrazione mentre a regime a ripristino completato non è necessaria) dalla quale una volta sedimentata la parte solida delle acque meteoriche, si immetterà in un fosso che defluisce nel Fosso Ceragno e da qui verso il Fiume Panaro. In questo modo da un lato si eviterà di immettere acqua con frazione solida in sospensione, dall altra come prescritto l immissione non avverrà in modo diretto ma attraverso fosso posto a valle dell area di coltivazione. DIMENSIONAMENTO VASCA DI SEDIMENTAZIONE Per il dimensionamento della vasca di sedimentazione in oggetto è necessario effettuare una doverosa precisazione. Tale vasca non deve essere dimensionata per l intera area di escavazione in quanto nella cava in oggetto la coltivazione avverrà per fronti temporanei di scavo di dimensioni medie di ml 30,00 x 50,00 che saranno ripristinati a piano campagna procedendo poi con i successivi fronti di scavo in questo modo. Quindi le acque trattate dalla vasca in oggetto faranno riferimento ad una estensione di circa mq. Per calcolare la portata scolante in ingresso nella vasca di sedimentazione è necessario definire le seguenti grandezze: - superficie scolante: mq coefficiente di ritardo per l ingresso alla rete delle acque meteoriche di dilavamento: coefficiente di afflusso: intensità di pioggia per durata di 15 minuti in base al Servizio Idrometereologico regionale dell ARPA dell Emilia Romagna: 0.02 l/s per mq. di sup. scolante Q SCOLANTE = S x l x f x i = x 0.30 x 0.60 x 0.02 = 5.4 l/s 5.5 l/s 8

11 Ai fini della sedimentazione delle particelle fini (ghiaie, sabbie e limi) presenti nelle acque meteoriche interessanti le aree ribassate temporanee di scavo è necessario calcolare il tempo di sedimentazione di una particella di inerte sospesa nel liquido applicando la formula di Stokes derivante dalla meccanica dei fluidi. 2 2 R ( DP DL ) g v = 9 η dove v= velocità di sedimentazione di una particella sospesa in un liquido espressa in cm/s R= raggio della particella sospesa nel liquido espresso in cm D E = densità della particella sospesa nel liquido espressa in g/cm 3 D L = densità del liquido nel quale è sospesa la particella espressa in g/cm 3 g= accelerazione di gravità espressa in cm/s 2 h= viscosità del liquido espressa in Poise (g/cmxs) In tal caso si considera una particella di limo (inerte più fine sospeso nelle acque di dilavamento) sospesa in acqua alla temperatura di 20. Φ 25 R= micron 6 = = m = cm 2 2 D E = 2.65 g/cm 3 D L = 1.00 g/cm 3 g= 980 cm/s 2 h= 0.01 Poise (g/cmxs) v = 0.056cm / s Ne consegue che ogni minuto di permanenza di una particella di limo all interno della vasca di sedimentazione, questa percorre uno spazio verticale pari a: s 1minuto = x 60 = 3.4 cm dopo 30 minuti di permanenza nella vasca la particella di limo ha compiuto un percorso verso il fondo della vasca pari a: s 30minuti = 3.4 x 30 = 102 cm quindi si può ritenere 30 minuti un tempo di sedimentazione sufficiente per ottenere una chiarificazione sufficiente delle acque di dilavamento superficiali convogliate all interno della vasca. La vasca di sedimentazione di raccolta delle acque meteoriche sarà dimensionata in modo tale che sia garantita una permanenza delle acque stesse per non meno di 30 minuti in modo da garantire la sedimentazione anche delle particelle più fini. La portata delle acque di dilavamento entrante nel tempo minimo di sedimentazione di 30 minuti calcolato in precedenza è: VOLUME SEDIMENTAZIONE = 5.5 l/s x (60 x 30) s = l = 9,9 mc 9

12 A questo volume deve essere aggiunto il volume del materiale sedimentato sul fondo della vasca che è calcolato considerando un coefficiente di quantità di fango pari a 300 essendo il tipo di lavorazione affrontata tale da definire una frazione solida elevata: VOLUME SEDIMENTATO = 5.5 l/s x 300/1.000 = 1.65 mc La vasca in progetto per la sedimentazione delle acque di dilavamento dell area di estrazione dovrà avere un volume non inferiore a: VOLUME = VOLUME SEDIMENTAZIONE + VOLUME SEDIMENTATO = 11,55 mc La vasca potrà quindi avere le seguenti dimensioni progettuali: lunghezza = ml 8,00 larghezza = ml 4,00 profondità = ml 2,00 garantendo un volume di 64,00 mc sensibilmente superiore al volume minimo calcolato; questo garantirà di avere un volume di sedimentazione tale per cui anche considerando una frazione solida più elevata di quanto considerato nel calcolo, il margine di sicurezza verrà rispettato. Inoltre la profondità di ml 2,00 consente alle particelle solide in sospensione di compiere il percorso di sedimentazione nella sua interezza, garantendo la chiarificazione delle acque più superficiali per tutti i 102 cm di calcolo. Le acque meteoriche che interesseranno quindi le aree ribassate delle scavazioni temporanee di estensione pari a circa mq saranno perciò pompate attraverso codotta nella vasca di sedimetazione le cui caratteristiche sono quelle sopra definite e, dopo un adeguato tempo per la separazione della parte solida, pompate nel fosso ad ovest dell area di cava che convoglia nel Fosso Ceragno e da qui nel Fiume Panaro. La vasca di sedimentazione dovrà essere oggetto di monitoraggio durante le fasi di escavazione e di svuotamento della parte solida sedimentata periodicamente in modo tale da garantire sempre un volume di sedimentazione non inferiore a 9,9 mc. Spilamberto, li 23/11/