(provincia di Potenza)

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1 REGIONE BASILICATA Comune di Banzi (provincia di Potenza) Oggetto: Prefattibilità Prog. definitivo Prog. esecutivo impianti Progetto definitivo di un Parco Eolico ubicato nel Comune di Banzi Data: Febbraio 2011 Rappr.: Committente: CROSSENERGY s.r.l. Via Santa Lucia n NAPOLI P.IVA : Legale rappresentante: Dott. Claudio Maiello Elab. A.3. Progettisti: Dott. Ing. Antonio Di Pietro Dott. Ing. Pasquale Pascucci Collaboratori : dott. Arch. Daniele Cucciniello sig. Amato Ausania sig. Giovanni Spagnuolo geom. Nicola Raimondi Engineering Solution s.r.l Via Piave n Avellino Tel fax Relazione Idrologica ed Idraulica antonio.dipietro@ingegneriaavellino.it A norma di Legge il presente documento non può essere riprodotto o comunicato a terzi senza la Ns autorizzazione scritta

2 COMUNE DI BANZI PROGETTO DEFINITIVO DI UN CAMPO EOLICO RELAZIONE IDROLOGICA ED IDRAULICA Premessa pag. 1 Analisi idrologica estensione VAPI - pag. 3 Analisi idraulica estensione VAPI - pag. 7 Analisi idrologica ed idraulica con i dati pluviometrici pag. 9 Conclusioni pag. 30 PREMESSA Dalle carta IGM è possibile verificare la rete idrografica presente sul nostro sito. È importante specificare che il sito in esame è a confine tra il comune di Banzi ed il comune di Genzano di Lucania in prossimità sia della strada provinciale n 79 e N 81. l area non è attraversata da grossi corsi d acqua se non dei capifossi o impluvi naturali come è possibile osservare dalle cartografie allegate e da un fosso Marascione (vedere foto allegata) che è vincolata dalla legge Galasso (in edificabilità per 150,00 m). Tale fosso Marascione è a debita distanza dalle nostre pale e viene solo 1

3 interessato con l attraversamento del cavidotto che passa sulla strada provinciale in esame che interseca il nostro capifosso. Fosso Marascione Il posizionamento delle pale rispetto al fosso Marascione è molto maggiore dei 150,00 m imposti dalla Galasso, inoltre sia per problemi costruttivi e realizzativi, che di producibilità di energia eolica e sia per problemi idraulici ambientali il posizionamento delle pale non è avvenuto in corrispondenza di detti impluvi. Le uniche infrastrutture che attraversano detti impluvi sono costituite da strade o da cavidotti. Pertanto è importante prima di progettare un attraversamento conoscere lo stato di fatto della rete idrografica o meglio le portate di piena, in modo tale da avere gli elementi conoscitivi per una corretta progettazione attraverso opere di sistemazione idraulica che si rifanno alle tecniche di ingegneria naturalistica. Sono stati oggetto di studio le criticità idrauliche che potrebbero manifestarsi in occasione di precipitazioni di forte intensità e per periodi di riferimento fino a 200 anni. Infatti il rischio idraulico associato a fenomeni di esondazione attiene alle portate di piena che possono formarsi in 2

4 occasione di eventi meteorici di particolare intensità, persistenza ed estensione territoriale. Le situazioni di rischio sono pertanto riferite ad un concetto di probabilità di accadimento, normalmente misurata in termini di tempo di ritorno, definito come il numero medio di anni per il quale la variabile considerata è statisticamente uguagliata o superata almeno una volta. Ai fini dello studio idrologico, le stime effettuate su tali precipitazioni sono relative ad un periodo di ritorno massimo duecentennale e fanno riferimento ai risultati ottenuti nell ambito del Progetto VAPI (VAlutazione delle PIene) Basilicata, redatto a cura del GNDCI (Gruppo Nazionale di Difesa dalle Catastrofi Idrogeologiche). Per quanto riguarda la pericolosità idraulica, la portata di massima piena con assegnato tempo di ritorno è stata assunta come parametro rappresentativo, pertanto la probabilità annua di superamento di tale portata individua la pericolosità stessa. Infatti, nella tavola allegata, nell ambito del progetto VAPI, delle fasce di allagamento sono state perimetrate due fasce, corrispondenti, rispettivamente, al deflusso della massima piena con tempo di ritorno pari a 30 anni (AP: area ad alta probabilità di esondazione) e, più esterna, l inviluppo dei fenomeni di inondazione per la portata con tempo di ritorno pari a 200 anni (MP: area a moderata probabilità di esondazione). La pericolosità per portate superiori, nel caso specifico, è stata ritenuta trascurabile. Il corso idrico del fosso Marascione è caratterizzato da alveo tipo monocursale sinuoso con brevi tratti rettilinei. La sezione di deflusso è incisa e poco profonda (c.ca 80 cm) tanto da essere equiparabile ad un solco. Nel tratto suddetto non è sempre possibile distinguere la sezione d alveo, sia per le modeste dimensioni del bacino idrografico sotteso e sia per la presenza delle colture che sovente si spingono a ridosso del fosso. Pertanto anche gli impluvi si confondono con la coltivazione presente o con le strade in terra battuta, comunque non è possibile riconoscere neanche il solco. 3

5 Impluvio naturale ANALISI IDROLOGICA ESTENSIONE VAPI - Per quanto attiene l analisi idrologica per la determinazione della portata di pioggia massima, si è fatto riferimento ai risultati ottenuti nell ambito del Progetto VAPI (VAlutazione delle PIene) Basilicata a cura del GNDCI (Gruppo Nazionale di Difesa dalle Catastrofi Idrogeologiche). Ai fini della verifica idraulica sono state calcolate solo le portate di pioggia e, accettando l ipotesi di isofrequenza tra afflussi e deflussi, la portata con periodo di ritorno assegnato è stata calcolata attraverso la nota formula razionale: Il divisore correttivo 3.6 serve a convertire le unità di misura. In particolare, la formula razionale, nel modo in cui è scritta, fornisce la portata in mc/s, esprimendo l area del bacino in kmq e l intensità di pioggia in mm/h. Il metodo considera il bacino idrografico come una singola unità e stima il valore al colmo della portata con le seguenti assunzioni: o la precipitazione è uniformemente distribuita sul bacino. o la portata stimata ha lo stesso tempo di ritorno T R di quello dell intensità di pioggia critica I C. o la pioggia ha una durata t pari a quella del tempo di corrivazione t C. Dove il tempo di corrivazione rappresenta l intervallo di tempo, dall inizio della precipitazione, oltre il quale tutto il bacino contribuisce al deflusso nella sezione terminale. Con tc si è indicata, quindi, la durata critica rispetto alla quale calcolare il massimo annuale di pioggia areale. Vale la pena far notare come, per bacini piccoli il coefficiente di riduzione areale sia, di fatto, pari a 1. Considerato anche il fatto che tale fattore è sempre 1, nella verifica in esame lo si è posto paria a 1, commettendo un errore (in eccesso, e quindi conservativo) di minima entità. 4

6 Per la stima dell intensità di precipitazione con assegnato tempo di ritorno è stata utilizzata la metodologia VAPI, che adotta la seguente legge intensità-durata, specifica della zona in cui si trova il bacino: K T : fattore di crescita probabilistico; a ed n : parametri relativi alle curve di probabilità pluviometriche medie areali. In pratica, la dipendenza dal periodo di ritorno è assegnata mediante la distribuzione di K T, mentre i coefficienti della legge intensità-durata sono caratteristici della specifica zona in cui si trova il bacino. La distribuzione del fattore di crescita è alla base della metodologia adottata nel progetto VAPI, che fa riferimento ad un approccio di tipo probabilistico per la valutazione dei massimi annuali delle piogge e delle portate al colmo. Facendo riferimento all informazione idrologica disponibile sul territorio, in termini di densità spaziale di stazioni di misura e di numerosità campionaria delle serie storiche, le altezze di precipitazione giornaliere, rilevate alle stazioni pluviometriche, il VAPI ha individuato due sottozone: una sottozona Nord composta da 70 stazioni e ed una sottozona Sud-Ovest comprendente le rimanenti 8. Le elaborazioni del VAPI Basilicata hanno consentito di attribuire, per assegnato tempo di ritorno, a ciascuna sottozona valori costanti del fattore di crescita K T : Il bacino idrografico di interesse ricade nella sottozona A, per cui, utilizzando il VAPI Basilicata, il coefficiente di crescita KT (funzione del periodo di ritorno) è stato così valutato: K 30 = 1.90 e K 200 =

7 Per quanto riguarda i valori dei parametri a ed n relativi alle curve di probabilità pluviometriche medie areali, il VAPI assegna alla zona di Venosa i seguenti valori: a=21,49 e n=0,30. TEMPO DI CORRIVAZIONE Per la valutazione dell intensità di precipitazione che determina la massima portata di piena (intensità critica) è stato utilizzato l approccio proposto da Giandotti, secondo cui la portata di massima piena generata dalle piogge si ottiene per precipitazioni di durata pari al tempo di corrivazione. Il tempo di corrivazione dipende dalle caratteristiche morfologiche del bacino e dalla sezione oggetto di studio. La formula proposta da Giandotti per il calcolo del tempo di corrivazione del bacino t C [ore] è la seguente: 6

8 COEFF. DI DEFLUSSO METODO C N Il coefficiente di deflusso esprime la capacità di infiltrazione del bacino, per cui dipende dalle caratteristiche del suolo, dalle condizioni di umidità precedenti all'inizio dell'evento di pioggia, nonché dalle caratteristiche fisiche del bacino (copertura, estensione, permeabilità eccetera). Il metodo impiegato nel presente studio è quello del Curve Number CN, del Soil Conservation Service [SCS, 1972]. Tale metodo determina l infiltrazione cumulata riferita all intero fenomeno di piena attraverso l applicazione della nota equazione di bilancio: Peff = Q = P Ploss, in cui Peff, Ploss e P rappresentano rispettivamente i volumi di pioggia netta, persa e totale per l evento in esame, e Q il deflusso superficiale corrispondente. In funzione dell analisi idrologica sono stati, pertanto, individuati alcuni elementi caratteristici del bacino, quali il tempo di corrivazione e il coefficiente di afflusso, che definiscono la risposta del bacino ad un determinato evento di pioggia, ed i parametri della curva di possibilità pluviometrica, che individuano il regime delle piogge dell area cui si riferisce e permettono di correlare, per il tempo di ritorno prescelto, la durata della pioggia alla sua intensità. Sulla base di tale metodo, considerando un suolo con scarsa capacità di infiltrazione a saturazione (tipo C) è stata desunta per ciascuna porizone di bacino oggetto di studio la corrispondente capacità di infiltrazione. Nella tabella seguente sono riportate, con riferimento al tempo di ritorno di 30 e 200 anni, le principali caratteristiche morfometriche e idrolgiche del bacino idrografico di interesse in corrispondenza delle sezioni indagate: 7

9 Con l ausilio del metodo del CN (Curve Number), si è visto che il rapporto tra il volume affluito e il volume perduto per infiltrazione è, mediamente compreso tra 0,2 e 0,50. Si rimanda in appendice per una disamina più approfondita del metodo e dei risultati. A favore di sicurezza, si sono assunte condizioni di suolo umide prima dell evento (Antecedent moisture condition - AMC classe 2) che, tuttavia, sono tipiche dei periodi invernali durante i quali sono più frequenti le precipitazioni di carattere eccezionale. Sulla scorta di tali considerazioni, si sono ottenuti i valori precedentemente tabellati. Pertanto in funzione al bacino ed alla lunghezza del ramo e possibile le caratteristiche idrologiche. ANALISI IDRAULICA ESTENSIONE VAPI - Dal punto di vista strettamente idraulico la verifica è stata effettuata attraverso l applicazione di un modello afflussi-deflussi basato sulla teoria tempo-area e con l ausilio di un modello idraulico per la soluzione delle equazioni del moto a pelo libero in condizioni di moto permanente. Sulla scorta delle risultanze derivanti dall applicazione della metodologia VAPI, sono stati determinati i valori di portata al colmo di piena per tempo di ritorno TR = 30 e 200 anni lungo l intero tratto fluviale oggetto di indagine. IL MODELLO MATEMATICO L analisi idraulica è stata condotta con deflusso in moto permanente mediante una procedura di calcolo basata sulla soluzione delle equazioni dell'energia secondo lo schema monodimensionale con l ausilio del software HEC-RAS distribuito dal WRCS (Water Resources Consulting Service) per conto dell US Army Corps of Engineers (si rimanda in Appendice per maggiori informazioni). Nei calcoli idraulici si è tenuto conto dell'effetto di ostruzione, sebbene assai modesto, indotto dagli attraversamenti stradali, delle scabrezze specifiche del fondo nonché delle sponde dell alveo. La simulazione è stata eseguita considerando il deflusso dell acqua in condizioni miste (è il programma 8

10 che calcola di volta in volta se il moto è super-critico o sub-critico, ovvero in condizioni di corrente a carattere (veloce) o fluviale (lento); il valore del numero di Froude lungo le differenti sezioni è variabile a secondo che la corrente sia lenta o veloce. L interferenza con i deflussi di piena da parte degli attraversamenti (ponti) che intersecano i vari fossi è stata schematizzata, nel modello matematico di simulazione, come condizione di deflusso di tipo libero e/o in pressione ( culvert ) più stramazzo (nel caso di sormonto); la geometria dei ponti è caratterizzata dai valori delle rispettive luci libere di deflusso, dalle quote dell estradosso/intradosso e dalle dimensioni della luce sfiorante, rilevate nel corso della campagna di sopralluoghi. Nelle simulazioni sono stati considerati i seguenti valori del coefficiente di scabrezza n di Manning: per il fondo alveo n = m 1/3 per i tratti di sponda, n = 0.06 m 1/3 Si rappresenta che lungo il corpo idrico sono presenti, seppure di breve lunghezza (non superiori a 2 metri), alcuni tratti intubati che non sono stati modellati e che, sulla scorta dei risultati ottenuti e dei sopralluoghi effettuati, necessitano di interventi di pulizia e ridimensionamento soprattuto per smaltire le portate duecentennali. È, infine, importante tener presente che i fenomeni di trasporto solido non sono stato oggetto di studio e che la verifica idraulica è stata condotta considerando le sezioni fluviali libere ovvero non interessate da fenomeni di occlusione, che altrimenti comporterebbero effetti peggiorativi e, verosimilmente, una alterazione dei risultati. Dove Q[30] e Q[200] sono, rispettivamente, la portata al colmo di piena per tempo di ritorno TR = 30 anni e TR = 200 anni. 9

11 A vantaggio di sicurezza considerando la condizione peggiore la portata massima che certamente si verifica in condizioni eccezionali e bacini imbriferi molto superiori ad i nostri si hanno portate massime pari a 5,73 mc/s pertanto il nostro tombino deve essere dimensionato per detta portata. Questo è il risultato che si ottiene considerando lo studio effettuato dal VAPI. ANALISI IDROLOGICA E IDRAULICA CON I DATI PLUVIOMETRICI Oltre allo studio effettuato dal VAPI faremo una nostra analisi sulla base dei dati pluviometrici forniti dalla presidenza del Consiglio dei Ministri - Dipartimento per i servizi tecnici nazionali servizio idrografico e mareografico nazionale ufficio idrografico e mareografico di Catanzaro. Per calcolare le portate che convogliano nel canale di scolo (impluvio) o che debbono attraversare un opera d arte come un tombino, bisogna capire quale risulta essere l afflusso meteorico ed il deflusso fluviale, cioè l interdipendenza tra le cadute di pioggia e le portate dei corsi d acqua. La prima cosa da fare è individuare il bacino imbrifero del nostro corso d acqua (o meglio della nostra rete idrografica) rispetto ad un determinato punto o sezione, cioè il deflusso rispetto ad una determinata sezione e l afflusso rispetto ad una superficie topografica ben definita di tutte le acque di pioggia che defluendo naturalmente vanno a finire in quella determinata sezione. Pertanto, per definire la portata massima che deve possedere il nostro canale bisogna conoscere la legge di pioggia della zona e la legge di deflusso dell acqua superficiale. Il programma realizzato dal dott. Geologo G. Pilla calcola la portata di massima di piena prevedibile (portata al colmo) di un corso d acqua, in una sezione determinata, per assegnati tempi di ritorno, attraverso l'elaborazione 10

12 statistica (metodo di Gumbel) dei dati pluviografici (precipitazioni di massima intensità registrate al pluviografo su 1, 3, 6, 12, 24 ore, riferiti alla stazione di misura più vicina). La formula utilizzata è quella del metodo razionale basata sulla stima del tempo di corrivazione. 11

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26 Per il calcolo del tempo di corrivazione si utilizza la formula di Kirpch, watt-chow, Pezzoli che è ritenuta valida per bacini idrografici molto piccoli S<20 Kmq, quale il nostro. Una volta individuate le portate massime con un prestabilito tempo di ritorno dobbiamo calcolare o la sezione del canale per dimensionare il nostro tombino o conoscendo la sezione conoscere l altezza di massima piena, ovviamente, considerando una vita nominale dell opera pari a 25 anni. La sezione del nostro tombino circolare ha un diametro interno pari ad 1m con pendenza superiore al 1,5%. 25

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28 Conclusioni La portata massima con un tempo di ritorno di 200 anni è pari a 4,02 mc/sec, ovviamente una condizione molto sfavorevole visto che il nostro intervento ha una durata ventennale, comunque il dimensionamento lo effettueremo nelle condizioni meno favorevoli. E importante osservare che i 27

29 risultati dello studio effettuato è coincidono a meno di approssimazioni allo studio del VAPI, ovviamente considerando le stesse caratteristiche del bacino imbrifero. Per il tipo di sezione del canale si ha che la massima portata con Tr = 200, è pari a 2,30mc/sec e la si ottiene con un riempimento del nostro canale del 65%, condizione di ottima efficienza del canale stesso, condizione ampiamente verificata. Visto che la portanta massima per un riempimento del 95% è pari a 3,222 mc/sec si ha un altezza pari a 0,95 cm è facilmente ipotizzabile che come è possibile osservare dal posizionamento planoaltimetrico delle pale la massima piena non comporterà nessun problema alla pala. 28