Raibl. 2 FASE RELAZIONE IDROLOGICA ED IDRAULICA Sommario 1 PREMESSA... 2 2 ASPETTI IDROGEOLOGICI DEL VERSANTE SOVRASTANTE I BACINI.... 2 2.1 CANALONE ANDREA (1)... 3 2.2 CANALONE BARRENKLAMM... 5 3 ASPETTI IDRAULICI DEI CANALONI... 6 3.1 BACINO 1 - BARRENKLAMM... 8 3.2 BACINO 2 - ANDREA... 9 4 VERIFICA IDRAULICA DEI CUNETTONI DI... 11 4.1 DETERMINAZIONE DEL COEFFICIENTE DI SCABREZZA DI MANNING... 11 4.2 VERIFICA IDRAULICA CANALE DI SCARICO BARRENKLAMM CONDIZIONI ORDINARIE... 12 4.3 VERIFICA IDRAULICA CANALE DI SCARICO BYPASS BARRENKLAMM CONDIZIONI DI EMERGENZA 13 4.4 VERIFICA IDRAULICA CANALE DI SCARICO PENDICI MONTE RE... 14 5 CONCLUSIONI... 16 1
Raibl. 2 FASE 1 Premessa La presente relazione riguarda la verifica idraulica di alcuni cunettoni di raccolta e sgrondo delle acque meteoriche da realizzarsi al fine della bonifica ed il recupero ambientale dei siti ex estrattivi minerari della miniera di Raibl a. Questi interventi rientrano nelle opere di MISP (Messa In Sicurezza Permanente) del sito. Al fine di rendere il più celere possibile l intervento di messa in sicurezza dell area in oggetto alcune opere di raccolta e sgrondo delle acque meteoriche sui bacini in oggetto sono state già oggetto di esecuzione nell ambito degli interventi di MISE (messa in sicurezza di emergenza). Nel presente si prevede pertanto di completare la realizzazione delle canalizzazioni rivestite in pietrame che hanno lo scopo di captare completamente le acque provenienti dalle pendici e dai canaloni prima che esse possano interessare la superficie dei bacini. Fig. 1. Suddivisione in settori dell'area dei bacini Si adottano misure per le canalizzazioni sufficientemente ampie, in modo da consentire il deflusso delle acque di piena anche in condizioni di parziale occlusione delle sezioni di progetto (possibile presenza di materiale detritico o, nella stagione del disgelo, di cumuli di neve). 2 Aspetti idrogeologici del versante sovrastante i bacini. Il versante del monte Re che insiste sui bacini è costituito da dolomie e calcari variamente dolomitizzati appartenenti alle Dolomie dello Schlern; i corpi rocciosi sono stati deformati, fagliati e fratturati durante gli eventi orogenetici dinarici e alpini (cfr. relazione Università di Udine prof. Meriggi). Essendo il substrato costituito da rocce carbonatiche deformate e tettonizzate, nella 2
Raibl. 2 FASE valutazione dell assetto idrogeologico del versante occorre tenere presente che l ammasso roccioso presenta un discreto grado di suddivisione e una permeabilità per fratturazione e carsismo elevati. Oltre a questi fattori naturali non si può trascurare la presenza del reticolo di gallerie all interno del monte Re (1700 km totali). L attività della miniera ha prodotto degli accumuli significativi di depositi sciolti con spessore che può superare i 2 m, nella parte alta del bacino del canalone Andrea. Si tratta di materiale sterile estratto e abbandonato lungo il versante. I principali impluvi dove avviene l incanalamento dell acqua ed il trasporto di detrito durante eventi piovosi caratterizzati da una certa intensità differenziano i collettori principali da quelli secondari. Particolare attenzione è stata pertanto rivolta ai canaloni Andrea e Barrenklamm, lungo i quali è presente detrito sciolto ed è evidente la ricorrenza di fenomeni valanghivi. Gli elementi più interessanti per gli effetti erosivi che provocano sui bacini di deposito sono i canaloni Andrea (1) e Barrenklamm (2). 2.1 Canalone Andrea (1) Drena il settore sudorientale del versante, esso sarebbe in continuità con il canale che drena la parte sommitale del versante del monte Re se non fosse interrotto a quota 1400 mslm circa dall area di miniera esterna A, in corrispondenza della quale è stata creata una piazza di deposito dei detriti provenienti da monte. Sul margine esterno dell area A sono accumulati consistenti depositi di materiale sterile estratto, i depositi sono costituiti prevalentemente da ghiaie le cui dimensioni possono superare i 25 cm. Per 3
Raibl. 2 FASE quanto siano presenti opere per isolare questi depositi dalle acque di ruscellamento provenienti dal versante, il margine del terrazzo artificiale e la scarpata che degrada nel canalone presentano evidenti segni di erosione sia da parte di acque di ruscellamento che del movimento di masse nevose (Fig.1). La scarpata non è vegetata ed ha una pendenza che localmente supera i 40. Non si esclude che con particolari condizioni, questi depositi possano essere soggetti a fenomeni di trasporto di massa. Tra quota 1250 mslm e 900 mslm (sbocco del canale sui bacini) il fondo del canale è inciso in roccia con accumuli di grossi blocchi in alcuni punti. In questo settore la pendenza media è di circa 35 anche se vi sono dei tratti con pendenze superiori ai 60 (Fig.2) Figura 1 - testata del canalone Andrea, erosione dei detriti dell'area di miniera esterna A Figura 2 - la parte inferiore del canalone Andrea e il raccordo con il cunettone di drenaggio 4
Raibl. 2 FASE Figura 3 - Vista del cunettone di drenaggio del canalone Andrea il cui scarico finale è stato ampliato con il M.I.S.E. nel 2009 2.2 Canalone Barrenklamm Raccoglie le acque ed i detriti di una serie di collettori che drenano il settore orientale del versante, mentre non riceve apporti detritici dall area di miniera A. Tra quota 1400 mslm circa, ed il fondovalle il canale ha una pendenza media abbastanza costante di circa 30, sul suo fondo sono presenti detriti grossolani parzialmente stabilizzati dalla vegetazione anche se vi sono evidenze di fenomeni valanghivi (Fig.3). I collettori che convergono in esso, invece, hanno pendenze decisamente superiori e fondo per gran parte in roccia. A circa 1030 mslm, alla confluenza di due rami del canale, troviamo l area di miniera esterna B che si presenta degradata (in misura decisamente minore rispetto all area A) per i fenomeni erosivi che si verificano ai danni dei fronti di scavo e degli accumuli di materiali sciolti (Fig.4). Alla base del canale è presente un conoide detritico dove in passato è stato costruito un muro di deviazione a protezione dei tralicci dalle valanghe Figura 4 - degradazione del versante in corrispondenza dell'area del bacino 3 5
Raibl. 2 FASE 3 Aspetti idraulici dei canaloni Di seguito si riporta la determinazione dei parametri morfologici principali dei due bacini in oggetto (Barrenklamm e Andrea) e, successivamente, la determinazione della portata di punta per tempo di ritorno pari a 100 anni ottenuta applicando il metodo razionale. I dati idrologici necessari per la verifica idraulica delle canalizzazioni in progetto vengono desunti dalla RELAZIONE IDROLOGICO-IDRAULICA redatta dalla Università Degli Studi di Udine, Facoltà di Ingegneria, Dipartimento Di Georisorse e Territorio inerente l area in oggetto e di seguito riportati. In essa è stata effettuata un analisi statistico probabilistica delle piogge brevi ed intense (scrosci) e di quelle orarie con riferimento alla stazione idrografica di, per la quale sono stati reperiti i dati pluviometrici del periodo 1955-1997 (Appendice A di detta relazione). L analisi effettuata ha costituito il punto di partenza per la determinazione delle curve di possibilità pluviometrica, adottando la funzione di distribuzione di Gumbel e con riferimento ai seguenti tempi di ritorno: 5, 10, 20, 25, 50, 100 e 200. Il calcolo delle portate di piena con riferimento al tempo di ritorno di 100 anni è stato effettuato adottando il metodo razionale (vista la geomorfologia dei bacini in esame) dove il tempo di corrivazione è stato ottenuto con la formula di Giandotti per i bacini montani. L applicazione di tale metodologia ha richiesto l individuazione delle linee di displuvio dei numerosi bacini che insistono sul Rio del Lago nella zona in esame: dall analisi della CTRN in scala 1:5000 si è quindi proceduto alla delimitazione dei bacini idrografici per i quali si sono individuate, per dodici di essi, le sezioni di chiusura (ben definite) in corrispondenza del torrente; per quattro di essi, le zone distribuite di afferenza al corso d acqua stesso. Il numero totale di bacini individuati è quindi sedici, di cui otto e quattro con netta sezione di chiusura, rispettivamente in destra e in sinistra idrografica, e altri quattro con afferenza distribuita, sempre in sinistra idrografica. Le portate di piena centenarie sono state determinate per tutti i bacini analizzati. I risultati ottenuti nello studio conducevano alle seguenti osservazioni: 1) dal punto di vista idrologico, le portate di piena in arrivo dai bacini in sinistra idrografica (di interesse per i bacini in oggetto) sono principalmente attribuibili ai canaloni Barenklamm (tratto finale del bacino denominato B1 in questo studio) e Andrea (tratto finale del bacino B2), nonostante non siano trascurabili le acque di origine diffusa provenienti anche dai rimanenti bacini. 2) Le portate di piena in arrivo dai canaloni Barenklamm e Andrea (assieme a quelle di origine diffusa) costituiscono uno dei principali motivi di divagazione delle acque sopra i bacini di decantazione: mentre per il canalone Andrea (più a monte) esiste già un canale di convogliamento 6
Raibl. 2 FASE delle acque, per il canalone Barenklamm si suggeriva di provvedere alla realizzazione di un canale di sgrondo delle portate. Per la determinazione delle portate di piena, compatibilmente con quanto riportato da studi precedenti (Studio ISMES-Aquater, 1990), si è assunto un coefficiente di deflusso pari a ϕ = 0.5 e si è fatto uso del metodo della corrivazione relativamente ad un tempo di ritorno pari a 100 anni: dove S è la superficie sottesa dal bacino, a e n i coefficienti della curva di possibilità pluviometrica con riferimento al tempo di ritorno di 100 anni, e tc rappresenta il tempo di corrivazione per la cui determinazione si è utilizzata la formulazione di Giandotti: dove L è la lunghezza dell asta principale del corso d acqua, z la quota media del bacino e z c la quota della sezione di chiusura. Per ciò che attiene la determinazione delle curve di possibilità pluviometrica, sono state reperite le osservazioni di pioggia relative alla stazione di nel periodo compreso tra il 1955 e il 1997. Figura 5 - sottobacini idrografici complessivi dell area ed inerenti i canaloni B1 (Barrenklamm) e B2 (Andrea) 7
Raibl. 2 FASE 3.1 BACINO 1 - Barrenklamm ELEMENTI CARATTERISTICI DEL BACINO Area planimetrica di drenaggio Kmq 0.363 Lunghezza media dei versanti del bacino Km 0.077 Perimetro planimetrico del bacino Km 3.050 Lunghezza planimetrica dell'asta fluviale principale Km 0.946 Lunghezza planimetrica della rete idrografica complessiva Km 2.364 Densità rete di drenaggio 1/km 6.516 Frequenza di drenaggio 1/kmq19.295 Rapporto di circolarità 0.491 Coefficiente di uniformità 1.418 Fattore di forma 0.405 Fattore morfometrico di frana m 6714.538 Fattore morfometrico di erosione superficiale m 197.352 Rapporto di allungamento 0.719 Altezza massima del bacino idrografico m 1912.360 Altezza minima del bacino idrografico m 897.236 Altezza media m 1470.601 Quota alla sezione di chiusura m 905.190 Dislivello del bacino idrografico sulla sezione di chiusura m 1007.170 Altezza mediana m 1465.550 Pendenza media del bacino 127.75% Pendenza media del collettore principale 65.45% Pendenza media dei versanti (indice di pendenza) 661.45% Coefficiente di deflusso medio 0.45 Tempo di corrivazione (Giandotti) h 0:12 Tempo di corrivazione (Giandotti modificata) h 0:10 Tempo di corrivazione (Pasini) h 0:05 Tempo di corrivazione (Pezzoli) h 0:03 Tempo di corrivazione (Ventura) h 0:05 Tempo di corrivazione (Tournon) h 0:13 Tempo di corrivazione (Puglisi) h 0:39 8
Raibl. 2 FASE PORTATA CON IL METODO RAZIONALE Tempo di ritorno: 100 anni Tempo di corrivazione: 0:12 (Giandotti) h Coeff. di deflusso: 0.5 Portata massima del bacino: 6.79 mc/s Stazioni pluviometriche utilizzate: CavePredil Superficie: 0.358 kmq Curva di possibilità pluviometrica: h = 61.539 t ^ 0.5048 Massima altezza pioggia: 27.31 mm Tempo di corrivazione: 0:10 (Giandotti modificata) h PORTATA MASSIMA DEL BACINO: 7.43 MC/S Massima altezza pioggia: 24.91 mm 3.2 BACINO 2 - Andrea ELEMENTI CARATTERISTICI DEL BACINO Area planimetrica di drenaggio Kmq 0.377 Lunghezza media dei versanti del bacino Km 0.087 Perimetro planimetrico del bacino Km 3.433 Lunghezza planimetrica dell'asta fluviale principale Km 1.476 Lunghezza planimetrica della rete idrografica complessiva Km 2.168 Densità rete di drenaggio 1/km 5.752 Frequenza di drenaggio 1/kmq 10.610 Rapporto di circolarità 0.403 Coefficiente di uniformità 1.565 Fattore di forma 0.173 Fattore morfometrico di frana m 5214.398 Fattore morfometrico di erosione superficiale m 203.426 Rapporto di allungamento 0.47 Altezza massima del bacino idrografico m 1857.700 Altezza minima del bacino idrografico m 905.579 Altezza media m 1453.283 Quota alla sezione di chiusura m 905.982 Dislivello del bacino idrografico sulla sezione di chiusura m 951.718 Altezza mediana m 1465.814 9
Raibl. 2 FASE Pendenza media del bacino 89.05% Pendenza media del collettore principale 55.23% Pendenza media dei versanti (indice di pendenza) 547.66% Coefficiente di deflusso medio 0.85 Tempo di corrivazione (Giandotti) h 0:14 Tempo di corrivazione (Giandotti modificata) h 0:09 Tempo di corrivazione (Pasini) h 0:07 Tempo di corrivazione (Pezzoli) h 0:06 Tempo di corrivazione (Ventura) h 0:06 Tempo di corrivazione (Tournon) h 0:10 Tempo di corrivazione (Puglisi) h 0:48 PORTATA CON IL METODO RAZIONALE Tempo di ritorno: 100 anni Tempo di corrivazione: 0:14 (Giandotti) h Coeff. di deflusso: 0.5 Portata massima del bacino: 6.62 mc/s Stazioni pluviometriche utilizzate: CavePredil Superficie: 0.377 kmq Curva di possibilità pluviometrica: h = 61.539 t ^ 0.5048 Massima altezza pioggia: 29.52 mm Tempo di corrivazione: 0:09 (Giandotti modificata) h PORTATA MASSIMA DEL BACINO: 8.24 MC/S altezza pioggia: 23.62 mm Di seguito si riportano invece le portate per Tr=100 anni relative ai bacini distribuiti lungo le pendici del monte Re. 10
Raibl. 2 FASE 4 Verifica idraulica dei cunettoni di progetto Di seguito si riporta la verifica idraulica dei cunettoni di progetto. Si procede alla verifica del cunettone di scarico del canale Barrenklamm nel rio del Lago realizzato con gli interventi di MISE seconda fase (cunettone della larghezza di 6m e profondità 1,5m), del nuovo cunettone al piede della pendice del monte Re (larghezza di 5,30m, profondità 1,25m, pendenza 0,5%), del nuovo canale di bypass di sicurezza allo sbocco del canalone Barrenklamm (larghezza 5,30m, profondità 1,25m, pendenza minima 1,5%) Le configurazioni di verifica sono le seguenti: 1 Scarico canale Barrenklamm: Configurazione normale: il canale di scarico del canale Barrenklamm fuziona regolarmente. La verifica riporta la massima portata in transito per tempo di ritorno pari a 100 anni è data dalla somma della portata affferente al canale Barrenklamm ed al bacino distribuito Bdistr1, pari a 11,3mc/s. Essa risulta ad ogni modo similare alla somma del Bacino Andrea ed al bacino distribuito Bdistr2, per un totale di 11,5 mc/s. Configurazione di emergenza: il canale di scarico del canale Barrenklamm risulta intasato da materiale ghiaioso. Si attiva il canale di scarico bypass. La verifica riporta la massima portata in transito per tempo di ritorno pari a 100 anni, pari a 11,3mc/s. 2. Canale di sgrondo al piede del monte Re: a tale canale afferisce la portata proveniente dalle pendici, pari al massimo alla somma dei bacini distribuiti Bdistr2, Bdistr3, Bdistr4 per un totale di 8,0 mc/s (Tr = 100 anni). 4.1 Determinazione del coefficiente di scabrezza di Manning Per il caso di fondo piano la scabrezza assoluta dei corsi d acqua è rappresentata dalle dimensioni delle particelle costituenti il fondo alveo e pertanto nelle valutazioni viene utilizzato un diametro rappresentativo del materiale d alveo (d50,d84,d90). 26 K d 1/ 6 90 Nel caso specifico trattandosi di canali con fondo in pietra la formulazione proposta da Strikler correlata al d90 del materiale non è applicabile, è preferibile fare riferimento alla letteratura (Da Deppo, Datei, Salandin) dove è giustificato per canali in pietrame un Ks variabile tra 20 e 50. Nel 11
Raibl. 2 FASE caso in esame si è scelto di adottare un indice di Manning di 0,020 corrispondente a Ks di 50m 1/3 /s in quanto il fondo avrà marcata regolarità. 4.2 Verifica Idraulica canale di scarico Barrenklamm condizioni ordinarie Le caratteristiche idrauliche della configurazione geometrica del cunettone di progetto da analizzare sono le seguenti: - Portata 11,3mc/s (Tr = 100 anni) Pendenza minima 1,7% Sezione arco di cerchio con profondità max 1,50m e largh. max 6,00m Ks 50m 1/3 /s (n = 0,020) La verifica viene svolta con software di calcolo HEC-RAS utilizzando il solutore per il moto uniforme implementato nel programma. Di seguito si riportano i risultati ottenuti. La sezione di deflusso del canale risulta adeguata alle portate di progetto, con un franco idraulico di ulteriori 55cm disponibili. La sezione completamente riempita è in grado di fare transitare una portata pari a 28mc/s. come riportato nel calcolo sottostante, pari cioè a più del doppio di quella di progetto, a tutta garanzia della sicurezza idraulica. 12
Raibl. 2 FASE 4.3 Verifica Idraulica canale di scarico bypass Barrenklamm condizioni di emergenza Nel caso di occlusione del canale esistente di sgrondo del Barrenklamm nel rio del Lago, è prevista la realizzazione di un canale by-pass in grado di conferire le portate a valle del possibile punto di occlusione. Di seguito se ne riporta la verifica - Portata 11,3mc/s (Tr = 100 anni) Pendenza minima 1,5% Sezione arco di cerchio con profondità max 1,250m e largh. max 5,30m Ks 50m 1/3 /s (n = 0,020) La verifica viene svolta con software di calcolo HEC-RAS utilizzando il solutore per il moto uniforme implementato nel programma. Di seguito si riportano i risultati ottenuti. 13
Raibl. 2 FASE La sezione di deflusso del canale risulta adeguata alle portate di progetto, con un franco idraulico di ulteriori 38cm disponibili. La sezione completamente riempita è in grado di fare transitare una portata pari a 23mc/s. come riportato nel calcolo sottostante, pari cioè al doppio di quella di progetto, a tutta garanzia della sicurezza idraulica. 4.4 Verifica Idraulica canale di scarico pendici monte Re Di seguito si riporta la verifica del cunettone posto al piede del monte Re, al quale al massimo afferiscono la somma dei bacini distribuiti Bdistr2, Bdistr3, Bdistr4 per un totale di 8,0 mc/s (Tr = 100 anni). 14
Raibl. 2 FASE - Portata max 8,0 mc/s (Tr = 100 anni) Pendenza minima 0,5% Sezione arco di cerchio con profondità max 1,250m e largh. max 5,30m Ks 50m 1/3 /s (n = 0,020) La verifica viene svolta con software di calcolo HEC-RAS utilizzando il solutore per il moto uniforme implementato nel programma. Di seguito si riportano i risultati ottenuti. La sezione di deflusso del canale risulta adeguata alle portate di progetto, con un franco idraulico di ulteriori 30cm disponibili. La sezione completamente riempita è in grado di fare transitare una portata pari a 13mc/s. come riportato nel calcolo sottostante, pari cioè al 62% maggiore di quella di progetto. 15
Raibl. 2 FASE Questo garantisce la capacità idraulica anche per tempi di ritorno notevolmente maggiori di quelli di progetto (già comunque pari a 100 anni) o per condizioni di sezione parzialmente occlusa da eventuali detriti. 5 Conclusioni La presente relazione riguarda la verifica idraulica di alcuni cunettoni di raccolta e sgrondo delle acque meteoriche da realizzarsi al fine della bonifica ed il recupero ambientale dei siti ex estrattivi minerari della miniera di Raibl a. Questi interventi rientrano nelle opere di MISP (Messa In Sicurezza Permanente) del sito. Al fine di rendere il più celere possibile l intervento di messa in sicurezza dell area in oggetto alcune opere di raccolta e sgrondo delle acque meteoriche sui bacini in oggetto sono state già oggetto di esecuzione nell ambito degli interventi di MISE (messa in sicurezza di emergenza). Nel presente si prevede pertanto di completare la realizzazione delle canalizzazioni rivestite in pietrame che hanno lo scopo di captare completamente le acque provenienti dalle pendici e dai canaloni prima che esse possano interessare la superficie dei bacini. Si è proceduto alla verifica idraulica dei cunettoni di progetto. Le configurazioni di verifica sono state le seguenti: 1 Scarico canale Barrenklamm: Configurazione normale: il canale di scarico del canale Barrenklamm fuziona regolarmente. La verifica riporta la massima portata in transito per tempo di ritorno pari a 100 anni è data dalla somma della portata affferente al canale Barrenklamm ed al bacino distribuito Bdistr1, pari a 11,3mc/s. Essa 16
Raibl. 2 FASE risulta ad ogni modo similare alla somma del Bacino Andrea ed al bacino distribuito Bdistr2, per un totale di 11,5 mc/s. Configurazione di emergenza: il canale di scarico del canale Barrenklamm risulta intasato da materiale ghiaioso. Si attiva il canale di scarico bypass. La verifica riporta la massima portata in transito per tempo di ritorno pari a 100 anni, pari a 11,3mc/s. 2. Canale di sgrondo al piede del monte Re: a tale canale afferisce la portata proveniente dalle pendici, pari al massimo alla somma dei bacini distribuiti Bdistr2, Bdistr3, Bdistr4 per un totale di 8,0 mc/s (Tr = 100 anni). In tutte le analisi effettuate si è ottenuta l ampia capacità della sezione di progetto di far transitare la portata di picco prevista per Tr=100 anni, con franchi idraulici più che adeguati, in grado di garantire condizioni di sicurezza anche in caso di eventi estremi o parziale occlusione delle sezioni di sgrondo. 17