STIMA DEI MASSIMI DELLE PORTATE PER ASSEGNATI PERIODI DI RITORNO...

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1 POR Campania FESR 2007/2013 D.G.R. 496/ Iniziative i accelerazione ella spesa - Allegato 1 - ID 01 SISTEMAZIONE IDROGEOLOGICA ei VERSANTI ella COLLINA i DEPUGLIANO INCOMBENTI sui COMUNI i LETTERE, CASOLA i NAPOLI e S. ANTONIO ABATE (APQ Difesa Suolo - D.G.R. 1001/ co. DS.NA.03/1) - PROGETTO DEFINITIVO aggiornamento 2014 Il Responsabile el Proceimento: Il Segretario Generale ell'ab: ing. MASSIMO DELLA GATTA avv. LUIGI STEFANO SORVINO PROGETTAZIONE DATA SNAMPROGETTI S.p.A. (Manataria) 12/04 progettazione efinitiva, relazione geologica e Piano i Sicurezza i cui al Contratto i Servizi Rep. n 9 el approvata con D.G.R. n. 1888/ GRUPPO DI LAVORO (ex Or. n. 15 el 17/02/14) : 12/14 verifica e aeguamento tecnico-normativo, contabile e amministrativo egli elaborati progettuali i cui alla Rev. 0 1 DESCRIZIONE DELLA REVISIONE - ing. LUIGI FARIELLO 2 (elaborati i calcolo, specialistici e contabili) - geol. ANTONELLA GUERRIERO ELABORATO n SCALA CODICE PROGETTO (stui e elaborati geologico-tecnici) - arch. ORNELLA PISCOPO (inserimento urbanistico e fattibilità ambientale) - arch. MAURO VINCENTI (elaborati grafici e Piano i Sicurezza e Coorinamento) Rev. Relazione Irologica

2 INDICE 1. PREMESSA STIMA DEI MASSIMI DELLE PORTATE PER ASSEGNATI PERIODI DI RITORNO SCELTA DEL MODELLO PROBABILISTICO APPROCCIO VARIAZIONALE NECESSITÀ DI APPLICAZIONE DI UN APPROCCIO VARIAZIONALE MODALITÀ DI SVILUPPO DELL'APPROCCIO VARIAZIONALE ELABORAZIONI PRELIMINARI PER L'APPLICAZIONE DELL'APPROCCIO VARIAZIONALE CARATTERISTICHE PLUVIOMETRICHE DEL BACINO MODELLO DI TRASFORMAZIONE AFFLUSSI-DEFLUSSI VALUTAZIONE DEL COEFFICIENTE DI AFFLUSSO MODALITÀ DI APPROCCIO PRESE A RIFERIMENTO STIMA, SU BASE STATISTICA, DEL COEFFICIENTE DI AFFLUSSO VALUTAZIONE DELLE PORTATE AL COLMO DI PIENA CURVA DI RIDUZIONE DEI COLMI DI PIENA VALUTAZIONE DEI VOLUMI IDROLOGICI Relazione Irologica Pagina 1 i 29

3 1. PREMESSA Il presente aggiornamento progettuale i livello efinitivo (Rev. 1 icembre 2014), reatto al personale interno all Autorità i Bacino ella Campania Centrale (Gruppo i Lavoro costituito con Or. n. 15 el el Commissario Straorinario pro tempore), concerne la verifica e l aeguamento ella preceente versione i pari livello (Rev. 0 icembre 2004) 1 reatta all ATI Snamprogetti S.p.A. (manataria) a seguito i apposito Contratto i Servizi Rep. n. 9 el e approvata con D.G.R. n. 1888/2005 ai sopraggiunti scenari tecnici e normativi. In particolare, l attività i aggiornamento si inquara nelle iniziative i accelerazione ella spesa i cui alla D.G.R. n. 148 el , atteso che il progetto i cui trattasi rientra tra quelli ritenuti selezionabili alla D.G.R. n. 378 el , nonché nel bacino ei progetti potenzialmente coerenti a ammettere a finanziamento sul POR FESR Campania 2007/2013 i cui all Allegato 1 ella D.G.R. n. 496 el (cfr. interventi i cui all A.P.Q. Difesa Suolo Delibere CIPE 142/1999, 84/2000, 17/2003 e 20/2004 ID 1), per un importo complessivo i 10 milioni i Euro. 1 già oggetto i verifica interna a parte el RUP con verbale el Contratto i Servizi per Progettazione efinitiva, relazione geologica e Piano i Sicurezza tra la Manataria e il Segretario Generale pro tempore Relazione Irologica Pagina 2 i 29

4 L obiettivo ella presente analisi irologica è la valutazione, su base probabilistica, elle portate al colmo e ei volumi i piena che possono affluire, con preassegnata probabilità i superamento, nelle sezioni i chiusura ei bacini irografici oggetto el presente intervento i sistemazione irogeologica e riportati schematicamente nella figura che segue (cfr. anche Tav Carta ei bacini irografici). In particolare, il presente aggiornamento progettuale (Rev. 1) non conterrà le valutazioni relative ai bacini nn. 3, 8 e 9 i cui interventi facevano parte ella prima stesura progettuale (Rev. 0). Saranno, pertanto, presi in esame i seguenti bacini: - Vallone Cottimo (n. 1) - Vallone Renina (n. 4) - Canale Peemontano (n. 6) 3 - Canale S. Giorgio (n. 7) - Alvei straa n. 1 e 2 (n. 10) 3 anche se il presente aggiornamento (Rev. 1) non prevee interventi sul canale, le relative valutazioni irologiche vengono ugualmente riportate in quanto eterminanti ai fini el imensionamento e ella verifica ella vasca prevista in località Saletta Relazione Irologica Pagina 3 i 29

5 Con riferimento alle sezioni i chiusura ei cinque bacini elencati verranno valutati: - i valori QT elle portate al colmo i piena che possono essere superati, meiamente, una sola volta nel generico perioo i ritorno T; - i valori V D, T ei volumi massimi i piena 4 che, con riferimento alla generica urata D, possono essere superati, meiamente, una sola volta nel generico perioo i ritorno T, per i soli bacini affluenti alle vasche previste in località Cottimo e Saletta (nn. 1, 10, 6 e 7). In assenza i misure irette i portata, si proceerà meiante un approccio consoliato, basato sull utilizzazione, nell ambito i una proceura variazionale o estremante, i un ioneo moello i trasformazione Afflussi/Deflussi i cui parametri risultano stimati con la metoologia VAPI, riportata nel Rapporto Valutazione elle piene in Campania (Rossi e Villani, 1995). La valutazione egli afflussi meteorici in ingresso al moello i trasformazione viene compiuta, a sua volta, sulla base i uno stuio irologico preliminare, finalizzato a iniviuare, su base regionale, le espressioni elle cosiette curve i probabilità pluviometriche. 4 o, equivalentemente, i valori VD, T QD, T ella massima portata meia nella urata D che possono essere superati, D meiamente, una sola volta nel generico perioo i ritorno T Relazione Irologica Pagina 4 i 29

6 2. STIMA DEI MASSIMI DELLE PORTATE PER ASSEGNATI PERIODI DI RITORNO Osservato preliminarmente che, per D = 1 secono, risulta Q Q D, T T, la stima ei massimi elle portate istantanee e elle massime portate meie in assegnate urate per assegnati valori el perioo i ritorno T si riconuce alla valutazione ella legge con cui la granezza Q D, T (massimo annuale ella portata meia nella urata D e corrisponente al perioo i ritorno T) varia con D e T. La rappresentazione grafica 5 i tale legame, o meglio, el rapporto Q r D, T D Q T fornisce, pertanto, un quaro sufficientemente esaustivo elle caratteristiche irologiche ei bacini esaminati. In generale, i valori i Q D, T possono essere stimati a partire a relazioni el tipo: Q D K, T Q T (1) D esseno Q D un parametro centrale ella istribuzione i probabilità ella variabile irologica Q D (massimo annuale ella portata meia nella urata D) e KT un coefficiente amplificativo, i norma inicato come coefficiente i crescita col perioo i ritorno T. Può imostrarsi (Silvagni, 1985) che la forma el legame: T KT KT (2) ipene, per una ata regione omogenea rispetto alle portate al colmo i piena, al moello probabilistico aottato e allo specifico parametro centrale preso a riferimento; e non ipene alla specifica urata D. In particolare, mentre per ogni T e D il valore i KT risulta praticamente costante, al punto i vista statistico, su zone molto ampie el territorio (ell'orine elle migliaia i km 2 ), il valore i Q D varia, per un fissato valore ella urata D, anche fortemente per cause i natura climatica, per effetto ell'orografia e, soprattutto, per le ifferenti moalità con cui si sviluppano i processi i trasformazione egli Afflussi meteorici in Deflussi i piena. 5 nota in letteratura tecnica come curva i riuzione ei colmi i piena con la urata D Relazione Irologica Pagina 5 i 29

7 D altra parte, mentre una stima sufficientemente attenibile el parametro Q D può essere effettuata, a causa ella sua scarsa variabilità campionaria, già in base all elaborazione elle serie storiche egli irogrammi i piena registrati in pochi anni i osservazione, l'affiabilità ella stima ei parametri contenuti nell'espressione i KT e, quini, l'attenibilità stessa ella stima i K T, risulta fortemente influenzata al riotto numero i ati i norma a isposizione. Di conseguenza, mentre la valutazione i KT può essere effettuata solo in base a un'analisi regionale, conotta su ue istinti livelli i analisi (I e II livello), la stima el parametro Q D va effettuata teneno conto, soprattutto, elle peculiarietà proprie ello specifico bacino i volta in volta preso in esame. In pratica, per la scarsità ei ati isponibili e per la molteplicità ei parametri a introurre in eventuali legami i regressione tra il valore i Q D e le caratteristiche climatiche e fisiografiche ei bacini, risulta praticamente impossibile proceere, per tale parametro, a un'analisi regionale i III Livello. Pertanto, le alternative tecnicamente possibili risultano essere ue: effettuare la stima ei valori Q D irettamente a partire alle serie storiche egli irogrammi i piena registrati, anche pochi anni i osservazione, ove isponibili (Penta, 1983; Silvagni, 1985; Pianese e Rossi, 1986); ricorrere all'accoppiamento i una tecnica i massimizzazione (approccio "variazionale" o "estremante") con un aeguato moello i trasformazione Afflussi/Deflussi, nei casi in cui non esistono misure irette i portata. Nello specifico, non esseno possibile proceere a una valutazione iretta el parametro, Q D si farà ricorso al secono approccio cercano i utilizzare al meglio le informazioni isponibili in merito alle caratteristiche i piovosità ella zona, alle caratteristiche i permeabilità elle aree colanti e alle caratteristiche fisiografiche sia elle aste principali ei corsi 'acqua che ei bacini sottesi. Tutto quanto premesso, si illustrano i seguito le metoologie utilizzate per la valutazione el parametro Q D a partire a ati pluviometrici, i permeabilità e fisiografici caratteristici el bacino e le tecniche utilizzate per la valutazione ei iversi componenti el moello i trasformazione Afflussi/Deflussi preso a riferimento. Relazione Irologica Pagina 6 i 29

8 3. SCELTA DEL MODELLO PROBABILISTICO La stima ei massimi ella portata meia nella urata D per assegnati valori el perioo i ritorno T può essere effettuata con iversi tipi i approcci. Tra questi, vengono spesso utilizzati i moelli i Gumbel e il moello T.C.E.V. Il primo (Moello i Gumbel), molto iffuso in campo tecnico per la sua capacità i prestarsi abbastanza efficacemente all'analisi statistica ei massimi i una qualsiasi variabile aleatoria, quano applicato all'analisi ei massimi annuali elle altezze i pioggia e elle portate al colmo i piena tene, i norma, a sottostimare i valori più elevati osservati nel passato (corrisponenti ai perioi i ritorno più elevati). Pertanto, la sua utilizzazione può are luogo a qualche insuccesso allorquano sono a stimare valori i QT e Q D, T corrisponenti a perioi i ritorno i gran lunga superiori al perioo i osservazione. Il moello TCEV (Two-Components Extreme Value - Rossi & al., 1995), aottato ormai quasi a livello istituzionale, risolve, i fatto, una serie i inconvenienti resisi evienti nell'utilizzazione el moello i Gumbel e, pertanto, risulta maggiormente risponente alle esigenze i un'attenta valutazione elle portate al colmo i piena che possono efluire nei vari tronchi i un corso 'acqua. Il moello TCEV costituisce, i fatto, una generalizzazione el moello i Gumbel. Esso risulta, infatti, costituito al prootto i ue leggi i Gumbel, la prima elle quali estinata a interpretare e escrivere, in chiave probabilistica, i massimi valori i piena orinari e, la secona, quelli straorinari. In base a tale moello, la portata Q D, T ritorno T può essere ricavata all'espressione: corrisponente a un assegnato valore el perioo i T 1 exp 1 1 K T K T * * 1e * 1 e (3) nella quale K T QD, T (4) Q D Relazione Irologica Pagina 7 i 29

9 è il fattore i crescita col perioo i ritorno T, efinito come il rapporto tra la portata meia Q D, T per assegnato perioo i ritorno T e la meia Q D ella istribuzione i probabilità ella variabile Q D ; * e * sono parametri aimensionali ipenenti solo al coefficiente i asimmetria e, pertanto, stimabili sulla base i un'inagine regionale a amplissima scala (I Livello), 1 è il numero meio i eventi i piena inipenenti, i tipo orinario, che si eterminano nella zona (e, pertanto, è una caratteristica climatica i una zona irologicamente omogenea rispetto alle portate al colmo i piena, che può essere valutata, una volta noti * e *, attraverso un'analisi regionale i II Livello), e è un parametro strettamente ipenente a 1, * e *, attraverso un funzionale che ipene alle tecniche i stima ei parametri. In virtù ella (4), risulta Q D K, T Q T (5) D Dal confronto ella (5) con la (1) risultano, in efinitiva: Q D Q (6) D e K T K T T, *, *, 1 (7) I valori i * e * alla variabile irologica Q D, i seguenti: e valii per i bacini irografici italiani risultano essere, con riferimento * = 0.35 (8) * = (9) Per i bacini irografici ricaenti nella regione Campania, il valore i 1 relativo alle portate al colmo i piena è ato a (Rossi & Villani, 1995) mentre il valore i è ato a 1= 13 (10) Relazione Irologica Pagina 8 i 29

10 = (11) I valori el coefficiente i crescita successiva Tabella I. e nella Fig. 1. KT sono riportati, per ifferenti perioi i ritorno T, nella T KT Tabella I - Coefficienti i crescita KT per ifferenti valori el perioo i ritorno T Cam pania - Portate al colm o: Variazione el Coefficiente i Crescita col perioo i ritorno 6 K T T (anni) Fig. 1 - Variazione el fattore i crescita K T col perioo i ritorno T Relazione Irologica Pagina 9 i 29

11 4. APPROCCIO VARIAZIONALE 4.1 NECESSITÀ DI APPLICAZIONE DI UN APPROCCIO VARIAZIONALE Si può imostrare (Della Morte, Materazzi & Pianese, 2000; Della Morte, Iavarone e Pianese, 2001), che la valutazione elle meie (su più anni) ei massimi annuali elle portate meie in assegnate urate D che possono affluire in una ata sezione i una rete naturale o artificiale Q D può essere effettuata con un approccio variazionale, in uno con l'utilizzazione i un aeguato moello i trasformazione Afflussi/Deflussi. La necessità i applicare un approccio variazionale per il calcolo i Q D nasce al tipo i informazione i norma isponibile in relazione alle massime precipitazioni che possono affluire a un bacino. Com'è noto, infatti, le informazioni normalmente isponibili per l'analisi elle massime precipitazioni fanno riferimento alle osservazioni sistematicamente effettuate all ex S.I.M.N. (Servizio Irografico e Mareografico Nazionale). In particolare, le osservazioni i norma isponibili sono i ue tipi: a) osservazioni pluviometriche, effettuate con l'ausilio i apparecchi i misura molto semplici, efiniti pluviometri, capaci, unicamente, i fornire il valore cumulato i acqua affluito, in un eterminato perioo i tempo, a una superficie i raccolta i preassegnata area. Tale perioo i tempo, viene assunto, convenzionalmente, pari a un giorno, con osservazioni ripetute alle ore 9.00 i ogni giorno; b) osservazioni pluviografiche, effettuate con l'ausilio i apparecchi i misura più complessi ei preceenti (pluviografi), in grao i rilevare e i registrare i volumi i acqua complessivamente precipitati, su un'area i preassegnate imensioni, in preassegnati intervalli i tempo (tipicamente, ogni 2 o 5 minuti, a secona el tipo i strumento). I volumi cumulati i acqua misurati in tali urate, rapportati all'area ella superficie superiore ello strumento, anno luogo a una nuova granezza irologica avente le imensioni i una lunghezza e, normalmente, efinita altezza i pioggia nella urata, esseno la urata presa a riferimento per la valutazione ei volumi i acqua via via accumulatisi nell'apparecchiatura i misura. A partire a tali valori, per ogni fissata urata, si potrà senz'altro calcolare il massimo annuale ell'altezza i pioggia nella urata. Sulla base i tali osservazioni, il Servizio Irografico ha elaborato e pubblicato, anno per anno, sui cosietti Annali Irologici, le seguenti informazioni: Relazione Irologica Pagina 10 i 29

12 1. altezze i pioggia relative a piogge i breve urata e notevole intensità, h *. Tali valori, i norma isponibili con riferimento a urate ell'orine i minuti o poche ecine i minuti (al più 55 minuti), non costituiscono ei veri e propri massimi annuali nella urata specificata ma solo valori che, a iscrezione el tecnico incaricato i effettuare le elaborazioni ei ati registrati, sono tanto elevati a meritare, comunque, la loro annotazione in un apposita tabella i pubblica consultazione; 2. massimi annuali h elle altezze i pioggia nelle urate = 1, 3, 6, 12 e 24 ore. Tali valori, a meno i errori, costituiscono veri e propri massimi, già certificati come tali a parte el Servizio Irografico e irettamente utilizzabili per le successive elaborazioni statistiche, previa una preliminare analisi i congruenza con gli altri valori isponibili; 3. massimi annuali ** h elle altezze i pioggia cumulate in urate a uno a cinque giorni consecutivi, ottenute meiante un processo i massimizzazione ella somma elle altezze i pioggia registrate alle ore 9.00 i un giorno alle ore 9.00 el giorno successivo. Rapportano le altezze i pioggia i assegnata urata alla urata stessa, si potrà ottenere l'intensità meia i pioggia nella stessa urata i riferimento e il massimo annuale tale granezza. Per quanto riguara le moalità con cui l'intensità meia i pioggia nella urata varia al variare ella urata stessa, è a osservare, che i va riucenosi all'aumentare i. Ciò risulta vero, in particolare, sia con riferimento a un qualsiasi evento meteorico e/o anno i osservazione, che con riferimento a parametri statistici come la meia valutata su più anni, i. Viceversa, all'aumentare ella urata ella pioggia, aumenta la percentuale ella superficie el bacino che viene a contribuire alla formazione ella portata i piena. In particolare, per urate i pioggia uguali o superiori al cosietto tempo i corrivazione el bacino, tutte le aree el bacino contribuiscono alla formazione elle portate i piena e, pertanto, la percentuale i superficie contribuente alla formazione el eflusso i piena è pari al 100% (=1). Poiché, a meno i un fattore moltiplicativo costante o leggermente crescente con l'altezza i pioggia (il cosietto coefficiente i afflusso C f ), la portata al colmo i piena risulta pari al i h i prootto ell'intensità meia i pioggia i per l'area contribuente A c,, si avrà il prootto i una funzione più o meno ecrescente con la urata i pioggia per un fattore crescente con la urata. Il prootto i queste ue funzioni arà luogo, in corrisponenza i un particolare valore * ella urata, i norma inicata come urata critica, a un massimo ella portata. Relazione Irologica Pagina 11 i 29

13 Tale massimo può essere assunto (Della Morte, Matarazzi & Pianese, 2000; Della Morte, Iavarone & Pianese, 2001) quale il valore ella portata al colmo a prenere a riferimento per le successive valutazioni. 4.2 MODALITÀ DI SVILUPPO DELL'APPROCCIO VARIAZIONALE In assenza i misure irette i portata, la valutazione ella meia ei massimi annuali elle portate meie in assegnate urate D, Q D, può essere effettuata con un approccio variazionale (o "estremante") consierano eventi i pioggia i intensità costante nella urata presa a riferimento, calcolano l'irogramma Q t corrisponente attraverso un aeguato moello i trasformazione Afflussi/Deflussi, iniviuano, per ogni urata D, il massimo Q D ella portata meia nell intervallo i tempo i urata D e calcolano, poi, D variare ella urata, ei valori Q. Q D come il massimo, al L'approccio variazionale consta i numerosi passi, che vengono qui i seguito sintetizzati: 1. si fissa una urata D; 2. si consiera un evento meteorico caratterizzato a una urata e a un anamento elle intensità meie i pioggia nella urata costante e pari a massimi annuali elle intensità meie i pioggia nella urata ; i ; esseno 3. si calcola il valore C f, el coefficiente i afflusso relativo a piogge i urata ; i la meia 6 ei 4. Si valuta la portata meia i afflusso meteorico, efficace ai fini ella formazione el eflusso i piena, efinita come: p C f, i A (12) 5. si immette tale portata in un ioneo moello i trasformazione Afflussi/Deflussi, otteneno l'irogramma i piena corrisponente Q t ; D 6. si iniviua il massimo, al variare i, ella funzione Qt t, che rappresenta il volume i piena complessivamente efluente nell intervallo i tempo i urata D compreso tra gli istanti (istante iniziale) e +D (istante finale); 6 valutabile in base a formule i regressione tarate alla luce ei ati pluviometrici isponibili Relazione Irologica Pagina 12 i 29

14 7. si calcola la massima portata meia nella urata D, corrisponente alla urata i pioggia, come Q D max D D Q t 8. si fissa un nuovo valore i, e si torna al punto 2; 9. si ripete il proceimento inicato nei punti al 2 al 7 per un certo numero i volte, aveno cura i proceere per intervalli i urata t non troppo elevati; (13) 10. si iniviua il massimo, al variare ella urata ell'evento, ella granezza Q D 11. si ammette che la meia Q D pari a Q D, per cui Q D Q Q D (14) max D ei massimi annuali elle portate meie nella urata D risulti Q Q D max 12. si fissa una nuova urata D, e si ripete la proceura escritta nei punti al 2) al 9). D (15) 4.3 ELABORAZIONI PRELIMINARI PER L'APPLICAZIONE DELL'APPROCCIO VARIAZIONALE Da quanto si è etto nel paragrafo preceente, per l'applicazione ell'approccio variazionale occorrerà: 1. Iniviuare il legame: i i (16) valio per il bacino preso in esame; 2. aottare un aeguato moello i trasformazione Afflussi/Deflussi; 3. stimare in moo ioneo i parametri contenuti nel moello preso a riferimento; 4. valutare in moo realistico il coefficiente i piena C f. Nei capitoli che seguono si illustrano le moalità con cui è stato possibile pervenire alla soluzione elle iverse problematiche evienziate. Relazione Irologica Pagina 13 i 29

15 5. CARATTERISTICHE PLUVIOMETRICHE DEL BACINO A causa elle caratteristiche orografiche ei bacini in esame, le aree ricaenti nella zona oggetto i stuio risultano see i manifestazioni meteoriche particolari, tali a renere privo i significato estenere una eventuale analisi regionale i III Livello a siti che, pur prossimi a quelli i interesse, si presentano completamente ifferenti al punto i vista litologico, irogeologico e, soprattutto, orografico. Per tale motivo, al fine i ottenere stime più attenibili elle moalità con cui la meia ei massimi annuali ell'intensità meia i pioggia nella urata varia con, si è ritenuto necessario fare riferimento ai ati provenienti a quelle stazioni che, ricaeno irettamente nel bacino el Fiume Sarno o nelle sue immeiate vicinanze, potessero fornire notizie utili circa i valori massimi elle intensità meie i pioggia nella urata. Le caratteristiche principali i tali stazioni sono riportate nella sottostante Tabella II. N. Stazione Rif. SIMN Quota (m s.m.m.) Tipo Strumento 1 Palma Campania Pluviometro 2 Baronissi Pluviografo 3 Mercato San Severino Pluviografo 4 Forino Pluviografo 5 Nocera Inferiore Pluviometro 6 Pompei (Osservatorio) Pluviografo 7 Sarno Pluviografo 8 Scafati Pluviometro 9 Cava ei Tirreni (Fraz.Baia) Pluviografo 10 Cava ei Tirreni Pluviografo Tabella II - Stazioni i misura el S.I.M.N. prese a riferimento e loro caratteristiche. Le stazioni consierate (cfr. Fig. 2 e Tav. 1.11) risultano isposte in un area che, sebbene apparentemente molto ampia, è ancora sufficientemente ristretta per poter valutare, attraverso tecniche i analisi regionale, espressioni i regressione atte a iniviuare i valori a attribuire ai parametri pluviometrici relativi a punti isposti in siti e a quote per le quali non risultano isponibili misure irette o, come nel caso in esame, a interi bacini. Di queste 10 stazioni, 6 sono pluviografiche (ionee, cioè, a fornire informazioni sui valori massimi i pioggia verificatisi in urate anche inferiori alle 24 ore) e 4 pluviometriche (ionee, pertanto, a fornire informazioni solo per quanto riguara la massima altezza i precipitazione che può verificarsi, nel corso i un eterminato perioo i osservazione, alle ore 9.00 i un giorno alle ore 9.00 el giorno o ei giorni successivi). Relazione Irologica Pagina 14 i 29

16 Come può constatarsi le informazioni fornite ai ue tipi i apparecchiature i misura (pluviografi e pluviometri) non risultano essere perfettamente congruenti, anche se è ragionevole ritenere che le ifferenze tra i valori forniti iminuiscano all'aumentare ella urata (in giorni) cui si fa riferimento. PALMA CAMPANA FORINO SERINO SARNO MERCATO S. SEVERINO POMPEI SCAFATI BARONISSI NOCERA INFERIORE CAVA DEI TIRRENI Stazioni pluviografiche Stazioni pluviometriche Fig. 2 Ubicazione elle stazioni pluviografiche e pluviometriche prese a riferimento nelle analisi. I ati generali i ciascuna stazione pluviometrica sono riportati nella successiva Tabella III. Quota Anni h N. Stazione Rif. S.I.M.N. 1giorno (m s.m.m.) Osservazione (mm) 1 Palma Campania Baronissi Mercato San Severino Forino Nocera Inferiore Pompei (Osservatorio) Sarno Scafati Cava ei Tirreni (Fraz.Baia) Cava ei Tirreni Tabella III - Dati pluviometrici tratti alle osservazioni el S.I.M.N. Relazione Irologica Pagina 15 i 29

17 I ati registrati alle stazioni pluviografiche sono, invece, riportati nelle successive Tabella IV e V. In particolare, nella Tabella IV sono state riportate le meie ei massimi annuali elle altezze i pioggia in urate pari a 1, 3, 6, 12 e 24 ore, così come eotti agli Annali Irologici ell ex SIMN. Nella Tabella V sono riportate, altresì, le meie ei massimi annuali elle altezze i pioggia i breve urata e notevole intensità, tratte alle omonime tabelle presenti sugli Annali Irologici. Esse sono state stimate opo aver effettuato un controllo preliminare sulla congruenza ei ati a isposizione 7. Nella Tabella VI sono riportate, infine, per iverse urate e iverse stazioni i misura, le meie ei massimi annuali elle intensità meie i pioggia nella urata, così come eucibili ai ati h riportati in tabelle IV e V in base all'espressione i. Si osservi che i ati riportati in Tab.V, pur esseno meno attenibili i quelli a cui sono state ricavate le meie riportate nella Tab. IV, costituiscono gli unici riportati negli Annali Irologici e nelle altre pubblicazioni eite all ex SIMN. La loro utilizzazione consente, tuttavia, i stimare per via iretta, sebbene con un certo margine i errore, i massimi quantitativi i pioggia che possono affluire a un certo sito in urate inferiori all ora 8. Stazione h 1ora h 3ore h 6ore h 12ore h 24ore Baronissi Mercato San Severino Forino Pompei (Osservatorio) Sarno Cava ei Tirreni (Fraz.Baia) Cava ei Tirreni Tabella IV - Meie ei massimi annuali elle altezze i pioggia nelle urate =1,...,24 ore. 7 verificano che ciascun valore sia effettivamente un massimo annuale e faceno riferimento a serie costituite, almeno, a cinque ati. Nel caso in esame, le urate prese a riferimento sono pari a 10, 15, 20, 30, 40, 45 e 50 8 nel caso in esame, esseno le urate i interesse superiori all ora, l approssimazione inotta sulla stima ell espressione ella curva i probabilità pluviometrica può ritenersi più che accettabile Relazione Irologica Pagina 16 i 29

18 Stazione h 10' h 15' h 20' h 30' h 40' h 45' h 50' Baronissi Mercato S.Sev Forino Pompei (Osser.) Sarno Cava Tir (Baia) Cava ei Tirreni Tabella V - Meie ei massimi annuali elle altezze i pioggia i notevole intensità e breve urata Stazione Quota h 3 h 6 h 12 h 24 h Palma Campania (*) Baronissi Mercato S. Sev Forino Nocera Inferiore (*) Pompei (Osser.) Sarno Scafati (*) Cava Tir.(Baia) Cava ei Tirreni Tabella VI - Meie ei massimi annuali elle intensità meie i pioggia nelle iverse urate 9 A partire ai ati riportati in Tabella V, è stato iniviuato il moello i regressione in base al quale caratterizzare il legame esistente tra i valori ell'intensità meia i pioggia i, le urate prese a riferimento e le quote z sul livello el mare relative alle singole stazioni i misura consierate. Per quanto riguara la forma el legame i regressione, si è fatto riferimento all'espressione: I o i C Dz (17) 1 c che presenta, rispetto alle forme i tipo monomio, i seguenti vantaggi: 9 i valori contraistinti con asterisco fanno riferimento a ati pluviometrici Relazione Irologica Pagina 17 i 29

19 per urate 0, la meia i urata ; I o tene a valori finiti ell'intensità meia i pioggia nella la erivata i i rispetto a si presenta erivabile in tutto l'intervallo i urate 10 ; compare irettamente la quota z sul livello el mare. Posti, unque Y log 10 i (18) X (19) X 1 log 10 1 c (20) 2 z log10 1 zx1 c A0 log10 I o (21) A1 C A2 D (22) (23) la (17) può scriversi nella forma Y o A A1 X1 A2 X (24) 2 nella quale le costanti A i possono ricavarsi in base a un moello i regressione lineare multipla, valutano, per tentativi, il valore el parametro c in corrisponenza el quale si ottiene la massima correlazione tra il moello e i ati. In particolare, al variare i c si ottengono i valori ella stima el coefficiente i correlazione riportati nella successiva Tabella VII: c Tabella VII: Stima ei coefficienti i correlazione ottenuti 10 il che la rene molto più uttile nella ricerca ella urata critica con approcci variazionali Relazione Irologica Pagina 18 i 29

20 Come può osservarsi la massima correlazione tra i ati, le urate e le quote sul livello el mare si ottiene per un valore ella urata caratteristica c = In corrisponenza i tale urata, gli altri parametri assumono i valori: A 0 A 1 A 2 C D I Tabella VIII: Stima ei coefficienti i regressione lineare multipla i eq. (24) e ei parametri el moello i cui all eq. (17). In efinitiva, l'espressione el legame ato alla (17) sarà: i Z (17 ) Di conseguenza, la legge con cui la meia ei massimi annuali ell'altezza i pioggia in una assegnata urata varia con la urata stessa assume la forma: h Z (17 ) Relazione Irologica Pagina 19 i 29

21 6. MODELLO DI TRASFORMAZIONE AFFLUSSI-DEFLUSSI Il moello i trasformazione Afflussi-Deflussi che si anrà a utilizzare è un moello i evento, i tipo concettuale, lineare e stazionario. Esso è il moello i Nash a tre serbatoi lineari, uguali, isposti in serie. Tale scelta risulta motivata a tre istinte circostanze: 1. presenta pochi parametri, i chiaro significato fisico; 2. una volta tarati i parametri in esso contenuti, risulta tra quelli più ionei a ricostruire eventi i piena effettivamente osservati in bacini strumentati; 3. a parità ei primi ue parametri, ha una forma simile all'iuh i tipo Weibull che fornisce, asintoticamente, la effettiva risposta i un bacino irografico a un evento meteorico; 4. è i facile uso. Il moello i Nash contiene ue soli parametri: - il numero n i serbatoi; - il tempo i ritaro K 0 relativo al singolo serbatoio. La sua espressione analitica è ata al cosietto integrale i convoluzione p ut Q t t 0 (25) nel quale la funzione u(), efinita genericamente IUH (Istantaneous Unit Hyrograph), è ata a u t n1 t 1 t (26) n 1! K o K o E' possibile imostrare che K o = tr/n esseno tr il tempo i ritaro el bacino. Ne consegue che, nel caso in esame, aveno già scelto quale numero i serbatoi a prenere a riferimento n = 3, occorrerà valutare solo il tempo i ritaro tr i ciascuno ei bacini sottesi alle singole sezioni prese a riferimento. Quest ultimo può essere valutato con iversi tipi i approcci, tra cui: - 1 a e 2 a formula i Desbores; - formula i Shaake; - formula i Rossi (1974); - metoo VAPI-Rapporto Campania (Villani & Rossi, 1995). e K o Relazione Irologica Pagina 20 i 29

22 Le formule i Desbores e i Shaake sono state tarate con riferimento a bacini urbani e rurali i limitata estensione e non si ritengono, pertanto, applicabili al particolare contesto qui preso in esame. La formula proposta a F. Rossi (1974), i struttura molto semplice, è stata tarata su corsi acqua naturali el versante ionico ella Basilicata e risulta eventualmente utilizzabile a conferma, seppure iniretta, ei valori ottenuti con altri approcci. Essa è ata all'espressione: L t r 0.77 (27) P esseno L la lunghezza ell'asta principale (in km), P la penenza meia ell'asta principale (in m/m) e tr il tempo i ritaro el bacino (in ore). La penenza meia ell'asta principale è fornita, a sua volta, alla formula i Taylor & Schwartz, che può essere applicata solo opo aver suiviso il profilo el corso 'acqua principale in una serie i NT tratti i lunghezza L i (in Km) e penenza P i (in m/m): L P NT i1 L i P i (28) Una secona alternativa possibile è quella proposta a F. Rossi & P. Villani (1995), nell ambito el progetto VAPI el C.N.R., che suggerisce l espressione: t r C f C f 2 p p S p p p 1 C 3.6 c C 3.6 c f 1 f p S p 2 p (29) ove: p p = percentuale el bacino consierabile come completamente permeabile ( p p =01); C f = coefficiente i afflusso S = Superficie el bacino (in km 2 ); Le costanti c 1 e c 2 rappresentano, fisicamente, elle celerità i propagazione e i loro valori sono stati stimati a partire ai ati irometrografici isponibili per l intera regione Campania: c 1 = 0.25 m/s c 2 = 1.70 m/s I tempi i ritaro ottenuti alle ue formulazioni e i valori elle meie Q D a essi ricavati sono abbastanza prossimi mostrano l attenibilità ei risultati i entrambi gli approcci. Relazione Irologica Pagina 21 i 29

23 7. VALUTAZIONE DEL COEFFICIENTE DI AFFLUSSO 7.1 MODALITÀ DI APPROCCIO PRESE A RIFERIMENTO La valutazione el coefficiente i afflusso eve tenere conto el tipo i approccio utilizzato per la valutazione ella portata al colmo. Nel caso in esame, poiché si utilizza l'approccio variazionale preceentemente illustrato, nella valutazione elle portate al colmo i piena si perviene a urate critiche intermeie fra il tempo i ritaro e quello i corrivazione, per cui la taratura el coefficiente i afflusso eve necessariamente risentire i questa circostanza. A tale scopo nelle valutazioni effettuate si è fatto riferimento all'approccio proposto a Rossi & Villani nel 1995 che stima il valore i C f con la seguente espressione, tarato su base statistica a livello regionale: con C f = C f C p C 1 p f1 p f 2 p (30) C f = e p p percentuale elle aree el bacino che si comportano come completamente permeabili alle precipitazioni. 7.2 STIMA, SU BASE STATISTICA, DEL COEFFICIENTE DI AFFLUSSO Per quanto riguara l approccio inicato a Rossi & Villani, va senz altro osservato che la corretta valutazione i p p risulta i fonamentale importanza ai fini ella valutazione i C f. A tale scopo, si è conotta un'attenta inagine sulle caratteristiche i permeabilità ei terreni ricaenti all'interno ei bacini sottesi alle sezioni i interesse. A secona ei litotipi si sono apprima iniviuate, qualitativamente, le caratteristiche litologiche ei terreni i copertura, soprattutto in relazione alla loro permeabilità e, più in particolare, si è valutata la capacità i infiltrazione in funzione anche el manto i copertura e ella penenza. Nello specifico, per quanto riguara i cinque bacini, sono state iniviuate quattro istinte tipologie i terreni i copertura contraistinte a un progressivo numero orine (cfr. Tab. IX), anche in consierazione egli approfonimenti i natura geologica effettuati (cfr. elaborato A.03 Relazione geologico-tecnica ). Relazione Irologica Pagina 22 i 29

24 Coice Descrizione Aree in cui la capacità i infiltrazione è elevata per la mancanza i terreni i copertura a ricoprimento el substrato carbonatico Aree in cui la capacità i infiltrazione è meio-alta per presenza i materiale etritico-clastico nei epositi i copertura e per penenze trasversali riotte Aree in cui la capacità i infiltrazione è meia per la presenza i terreni piroclastici sabbioso-limosi in copertura ma penenze trasversali riotte Aree in cui la capacità i infiltrazione è scarsa per la presenza i terreni piroclastici sabbioso-limosi in copertura e penenze trasversali elevate Tabella IX Caratteristiche ei terreni i copertura elle aree ricaenti nei bacini i interesse 11 Parallelamente, alla luce ei risultati ei numerosi sopralluoghi eseguiti, ella cartografia IGM in scala 1: e elle ortofoto aggiornate al 1998 sono state iniviuate, con notevole accuratezza, le parti i territorio interessate alla presenza ella copertura boschiva o a aree urbanizzate (cfr. Tav.1.08 Caratterizzazione elle aree rispetto alla copertura boschiva e al grao i urbanizzazione ). A partire a tali ati, si è quini effettuata una istinzione tra tre iversi tipi i copertura, schematicamente inicate con le lettere A, B e C: Classificazione A B C Uso Suolo Boscato Non Boscato Urbanizzato Tabella X Caratteristiche ei terreni i copertura elle aree ricaenti nei bacini i interesse Per ciascuna elle iverse combinazioni i Litologia + Uso Suolo, si è poi provveuto a attribuire i valori ei coefficienti i permeabilità 12. Per avere il valore el coefficiente i permeabilità alla scala ell intero bacino, si è poi passati a iniviuare la meie pesate ei valori relativi alle singole combinazioni Litologia + Uso Suolo, assumeno, quale funzione i peso, il rapporto tra l'area con cui il singolo affioramento/uso suolo è presente nel bacino e l'area complessiva el bacino. 11 le classi ella tabella sono riportate nella tavola grafica 1.09 i inquaramento - Caratterizzazione geologica ei terreni i copertura nei confronti ella capacità i infiltrazione 12 i risultati sono riportati nella tavola grafica 1.10 i inquaramento - Carta elle aree a pari percentuale i permeabilità equivalente, ottenuta incrociano le informazioni elle tavole 1.08 e 1.09 Relazione Irologica Pagina 23 i 29

25 8. VALUTAZIONE DELLE PORTATE AL COLMO DI PIENA Una volta iniviuato il legame i regressione i i (espressione 17') e, per ciascuna elle cinque sezioni i chiusura prese in esame, il valore el tempo i ritaro coefficiente i afflusso Cf t r e el risulta possibile, in base all'applicazione ell'approccio variazionale preceentemente escritto, stimare il valore ella meia ei massimi annuali ella portata al colmo i piena Q. I valori così ottenuti sono stati riportati nella successiva tabella: Località Bacino Superficie (km 2 ) % Permeabile % Impermeabile Tr (ore) Tr (s) mq (m 3 /s) Vallone Cottimo Alvei Straa nn. 1 e Cottimo Renina Canale Peemontano Canale S. Giorgio Saletta Tabella XII Stime, per i cinque bacini presi in esami, ella meia elle portate al colmo piena effettuata con l ausilio elle formule (29) e (30) A partire a tali valori e ai valori ei coefficienti i crescita riportati in Tabella I, si ottengono, per le cinque sezioni i chiusura prese in esame nella presente relazione irologica, i valori elle portate al colmo i piena per assegnato perioo i ritorno: Bacino Tabella XIII Portate al colmo i piena Q T (m 3 /s) per assegnati valori el perioo i ritorno T(anni) Relazione Irologica Pagina 24 i 29

26 9. CURVA DI RIDUZIONE DEI COLMI DI PIENA Ai fini ell iniviuazione ei massimi volumi i piena che possono affluire, in corrisponenza i assegnate urate e i assegnati perioi i ritorno, alle vasche Cottimo e Saletta si è reso necessario eterminare la cosietta curva i riuzione ei colmi i piena con la urata D. Nello specifico, i punti i origine i tali curve sono stati iniviuati con riferimento all approccio escritto nei preceenti capitoli 2, 3 e 4 e, più in particolare, nel paragrafo 4.2. Le curve relative ai ue bacini sottesi alle vasche sono state riportate, per comoità i consultazione, nelle successive Figure 3a e b e 4a e b, in coorinate imensionali e aimensionali, queste ultime particolarmente utili al fine i estenerne la valiità anche a ifferenti perioi i ritorno T. Come si può facilmente osservare, in conseguenza ella limitata estensione ei bacini sottesi alle ue vasche i laminazione, le curve mostrano una rapia tenenza alla riuzione ei valori elle massime portate meie che possono realizzarsi all interno i prefissate urate, piuttosto tipica in circostanze analoghe. Ciò, in quanto le piene provocate agli scrosci più intensi, a causa el riotto tempo i ritaro el bacino, anno origine a portate piuttosto sostenute solo per urate alquanto riotte. Relazione Irologica Pagina 25 i 29

27 Vallone Cottimo: Curva i riuzione ei colmi i piena con la urata m(q D) (m 3 /s) Durata (s) Fig. 3a Curva i riuzione ei colmi i piena con la urata D: bacino 1+10 in corrisponenza ella vasca Cottimo Canale san Giorgio in corrisponenza ella Vasca Saletta: Curva i riuzione ei colmi i piena con la urata m(qd) (m 3 /s) Durata (s) Fig. 3b Curva i riuzione ei colmi i piena con la urata D: bacino 6+7 in corrisponenza ella vasca Saletta Relazione Irologica Pagina 26 i 29

28 Vasca Cottimo: Curva aimensionale i riuzione ei colmi i piena con la urata 1 QT/QD,T D/t r Fig. 4a Curva aimensionale i riuzione ei colmi i piena con la urata D: bacino 1+10 in corrisponenza ella vasca Cottimo 1 Canale San Giorgio in Corrisponenza ella Vasca Saletta: Curva aimensionale i riuzione ei colmi i piena con la urata Q T /Q D,T D/t r Fig. 4b Curva aimensionale i riuzione ei colmi i piena con la urata D: bacino 6+7 in corrisponenza ella vasca Saletta Relazione Irologica Pagina 27 i 29

29 10. VALUTAZIONE DEI VOLUMI IDROLOGICI Ai fini el imensionamento i massima elle vasche i laminazione sono stati calcolati, con l ausilio i ulteriori analisi irologiche, i volumi i piena che potrebbero affluire ai relativi bacini. Detti volumi non portano in conto (a vantaggio i sicurezza) la presenza ello scarico i fono, i collegamento alla fognatura comunale. Per la eterminazione i tale volume, si è fatto riferimento a un evento meteorico i intensità costante all interno i una urata pari a 1000 e 1800 seconi, rispettivamente, per la vasca Saletta e per la vasca Cottimo, con valori ell intensità ricavate all espressione (17 ) ella curva i probabilità pluviometrica. Tali urate rappresentano, a tutti gli effetti, i valori ella urata critica alla quale fare riferimento, in base a un approccio variazionale, per l iniviuazione ella meia ei massimi annuali ella portata al colmo i piena e, quini, per l iniviuazione ella massima portata al colmo i piena corrisponente a assegnato perioo i ritorno T. Si può osservare che esse, pur ano origine alla massima portata al colmo corrisponente a assegnato perioo i ritorno, non comportano, i fatto, cospicui volumi i piena. Integrano gli irogrammi i piena così ottenuti (cfr. successive Figure 5 e 6) si ricava l orine i granezza ei volumi i piena con perioo i ritorno centennale a attribuire, a vantaggio i sicurezza, a ciascuna elle ue vasche i laminazione. In particolare, risulta: W saletta = 5130 m 3 ; W cottimo = m 3. Nella successiva fase i progettazione esecutiva, la verifica elle capacità i accumulo estinate alla laminazione ovrà essere, pertanto, effettuata in uno con il imensionamento egli organi i scarico posti a loro servizio avvalenosi i un approccio variazionale basato sulle curve i riuzione ei colmi i piena stimate nel preceente paragrafo. Relazione Irologica Pagina 28 i 29

30 Irogramma i piena corrisponente a un perioo i ritorno i T=100 anni e a una urata critica i pioggia *=1000s - Affluente alla vasca Saletta Q (mc/s) Tempo (s) Fig. 5 - Irogramma i piena tratto con riferimento a una urata i pioggia pari a 1000 s Irogramma i piena corrisponente a un perioo i ritorno i T=100 anni e a una urata critica i pioggia *=1800s - Affluente alla vasca Cottimo Q (mc/s) Tempo (s) Fig. 6 - Irogramma i piena tratto con riferimento a una urata i pioggia pari a 1800 s Relazione Irologica Pagina 29 i 29