Regione Basilicata Comune di Castelgrande (Provincia di Potenza) Studio di compatibilità idrologica e idraulica “Strada di collegamento tra il comune di Rapone e l’Osservatorio astronomico in località Toppo di Castelgrande” Ing. Donato Russillo Sommario Introduzione ............................................................................................................................................ 2 1 – Analisi idrogeologica .......................................................................................................................... 4 1.Studio idrologico e idraulico ................................................................................................................. 6 1.1 Area oggetto di studio ................................................................................................................... 8 1.2 ‐ Calcolo della curva di possibilità pluviometrica .......................................................................... 9 1.3 ‐ Calcolo della portata di piena.................................................................................................... 12 1.3.1 Metodo VaPi .................................................................................................................. 13 1.3.2 Formula razionale .......................................................................................................... 14 2 – Perimetrazione delle aree inondabili .............................................................................................. 14 3 ‐ Verifica degli attraversamenti .......................................................................................................... 19 Conclusioni ............................................................................................................................................ 21 1 Introduzione Il presente studio ha come obiettivo la valutazione della compatibilità idraulica dell’intervento di collegamento viario tra il comune di Rapone e l’Osservatorio astronomico posizionato in località Toppo di Castelgrande nel medesimo comune. L’intervento oggetto di studio ricade all’interno del bacino idrografico del fiume Ofanto e quindi nel territorio di competenza dell’Autorità di Bacino della Puglia. Questa Autorità, con deliberazione n. 39 del 30/11/2005 del Comitato Istituzionale, ha approvato il Piano di Bacino Stralcio per l’Assetto Idrogeologico (PAI) e le relative Norme Tecniche di Attuazione (NTA) per regolamentare gli interventi antropici all’interno delle aree di competenza. In particolare l’Art. 4 delle NTA “Disposizioni generali” prevede che: 1. In relazione alle condizioni idrauliche, alla tutela dell'ambiente e alla prevenzione di presumibili effetti dannosi prodotti da interventi antropici, così come risultanti dallo stato delle conoscenze, sono soggetti alle norme del presente capo le aree di cui ai successivi artt. 6, 7, 8, 9 e 10; … 3. Nelle aree a pericolosità idraulica, tutte le nuove attività e i nuovi interventi devono essere tali da: a) migliorare o comunque non peggiorare le condizioni di funzionalità idraulica; b) non costituire in nessun caso un fattore di aumento della pericolosità idraulica né localmente, né nei territori a valle o a monte, producendo significativi ostacoli al normale libero deflusso delle acque ovvero causando una riduzione significativa della capacità di invaso delle aree interessate; c) non costituire un elemento pregiudizievole all’attenuazione o all’eliminazione delle specifiche cause di rischio esistenti; d) non pregiudicare le sistemazioni idrauliche definitive né la realizzazione degli interventi previsti dalla pianificazione di bacino o dagli strumenti di programmazione provvisoria e urgente; e) garantire condizioni adeguate di sicurezza durante la permanenza di cantieri mobili, in modo che i lavori si svolgano senza creare, neppure temporaneamente, un ostacolo significativo al regolare deflusso delle acque; f) limitare l’impermeabilizzazione superficiale del suolo impiegando tipologie costruttive e materiali tali da controllare la ritenzione temporanea delle acque anche attraverso adeguate reti di regimazione e di drenaggio; 2 g) rispondere a criteri di basso impatto ambientale facendo ricorso, laddove possibile, all’utilizzo di tecniche di ingegneria naturalistica. 4. La realizzazione di tutti gli interventi previsti nelle aree di cui al comma 1, salvo gli interventi di somma urgenza di cui all’art. 5 punto c), è sottoposta al parere vincolante dell’Autorità di Bacino. 5. Nessun intervento previsto nelle aree di cui al comma 1, può essere approvato da parte della competente autorità di livello regionale, provinciale o comunale senza il preventivo o contestuale parere vincolante da parte dell’Autorità di Bacino. Il PAI individua le seguenti aree di pericolosità idraulica: Alveo in modellamento attivo: porzioni dell’alveo interessato dal deflusso concentrato delle acque, ancorché non continuativo, legato a fenomeni di piena con frequenza stagionale; Area ad alta pericolosità idraulica (A.P.): porzione di territorio soggette ad essere allagate per eventi di piena con tempo di ritorno inferiore o pari a 30 anni; Area a media pericolosità idraulica (M.P.): porzione di territorio soggette ad essere allagate per eventi di piena con tempo di ritorno compreso tra 30 e 200 anni; Area a bassa pericolosità idraulica (B.P.): porzione di territorio soggette ad essere allagate per eventi di piena con tempo di ritorno compreso tra 200 e 500 anni; Area golenale: porzione di territorio contermine all’alveo in modellamento attivo, interessata dal deflusso concentrato delle acque, ancorché non continuativo, per fenomeni di piena di frequenza pluriennale. Il limite è di norma determinabile in quanto coincidente con il piede esterno dell’argine maestro o con il ciglio del versante. Nell’art. 6 delle NTA del PAI, si osserva inoltre che, al fine della salvaguardia dei corsi d’acqua, della limitazione del rischio idraulico e per consentire il libero deflusso delle acque, il PAI individua il reticolo idrografico in tutto il territorio di competenza dell’Autorità di Bacino della Puglia, nonché l’insieme degli alvei fluviali in modellamento attivo e le aree golenali, ove vige il divieto assoluto di edificabilità. In particolare nel comma 8 dello stesso articolo si prevede che “quando il reticolo idrografico e l’alveo in modellamento attivo e le aree golenali non sono arealmente individuate nella cartografia” di Piano “e le condizioni morfologiche non ne consentano la loro individuazione, le norme si applicano alla porzione di terreno a distanza planimetrica, sia in destra che in sinistra, dall’asse del corso d’acqua, non inferiore a 75 m”. Per quanto riguarda le fasce di pertinenza fluviale, l’art. 10 delle NTA vieta la realizzazione di qualunque intervento “a condizione che venga preventivamente verificata la sussistenza delle condizioni di sicurezza idraulica, come definita all’art. 36, sulla base di uno studio di compatibilità 3 idrologica ed idraulica subordinato al parere favorevole dell’Autorità di Bacino”. Se la fascia di pertinenza fluviale non è arealmente individuata dal PAI, le norme si applicano alla porzione di terreno, sia in destra che in sinistra, contermine all’area golenale, come individuata all’art. 6 comma 8, di ampiezza comunque non inferiore a 75 m. La Sicurezza idraulica, definita nelle NTA in termini di periodo di ritorno, riguarda la condizione associata alla pericolosità idraulica per fenomeni di insufficienza del reticolo di drenaggio e generalmente legata alla non inondabilità per eventi di assegnata frequenza. Si osserva che agli effetti del PAI si intendono in sicurezza idraulica le aree non inondate per eventi con tempo di ritorno fino a 200 anni. 1–Analisiidrogeologica La normativa principalmente impiegata come riferimento per la definizione delle metodologie da utilizzare per l’analisi del rischio idrogeologico è il DPCM del 29.09.1998. In conformità a tale normativa l’analisi del rischio idrogeologico è strutturata in 3 fasi: individuazione delle aree soggette a rischio idrogeologico, attraverso l'acquisizione delle informazioni disponibili sullo stato del dissesto; perimetrazione, valutazione dei livelli di rischio e definizione delle conseguenti misure di salvaguardia; programmazione della mitigazione del rischio. Le attività previste nelle tre fasi variano in funzione della tipologia di rischio, idraulico o da frana, che si sta esaminando. Nel seguito saranno descritte le procedure da utilizzare per l’analisi del rischio idraulico; come introdotto dalla legge 183/1989, è necessario che l’analisi del rischio idrogeologico sia condotta a scala di bacino, ciò è valido in particolar modo per il rischio idraulico. La prima fase dell’analisi del rischio idraulico prevede una raccolta dei dati storici di esondazioni ed allagamenti che hanno interessato l’area oggetto di studio. E’ possibile reperire tali dati in primo luogo dall’Archivio delle Aree Vulnerate Italiane (AVI), progetto del Gruppo Nazionali di Difesa dalle Catastrofi Idrogeologiche. Occorre quindi condurre uno studio geomorfologico, con l’ausilio della cartografia (IGM e/o Carta Tecnica Regionale) e delle foto aree, se disponibili. Tale fase preliminare ha lo scopo di individuare le aree di pertinenza fluviale o lacuale e le zone che già in passato sono state interessate da eventi alluvionali. In questa fase occorre, inoltre, evidenziare tutti i possibili punti di crisi lungo il reticolo idraulico principale, rappresentati da ostacoli al deflusso come restringimenti di sezione e attraversamenti (ponti). Nella seconda fase si devono svolgere le seguenti attività: 4 studio idrologico a livello di bacino per la determinazione delle portate attese con diversi tempi di ritorno; tale studio deve essere condotto in conformità a quanto previsto dal progetto Valutazione Piene (VaPi) del Gruppo Nazionali Difesa Catastrofi Idrogeologiche (GNDCI) e deve, in ogni caso, tener conto dei dati raccolti dagli Uffici periferici dell’ex Servizio Mareografico e Idrografico Nazionale e da eventuali elaborazioni dei dati prodotti dagli stessi Uffici; qualora le caratteristiche del bacino idrografico e/o le condizioni del reticolo idraulico siano tali da prevedere la possibilità che in occasione di una piena si verifichi un importante deflusso di materiale solido, tale da pregiudicare la capacità del tronco di smaltire le portate liquide attese, allora occorre condurre anche un’analisi dell’evoluzione geomorfologica del corso d’acqua, tesa ad individuare sia la capacità di produzione di sedimenti da parte del bacino idrografico che la capacità di trasporto di sedimenti nel tratto del corso d’acqua oggetto d’analisi; verifiche idrauliche condotte sulla rete idrografica che è potenzialmente soggetta a criticità. Tale verifica idraulica deve di norma essere condotta in condizioni di moto permanente; in situazioni di particolare complessità, quando i fenomeni esondativi assumono una importanza rilevante nella propagazione della piena, è necessario l’utilizzo di una modellistica idraulica a moto vario; al contrario quando è possibile dimostrare che le condizioni idrauliche dell’asta idrografica in esame sono prive di complessità è possibile utilizzare semplici formule di moto uniforme; a seguito delle valutazioni dei punti precedenti, individuazione delle criticità lungo il reticolo idraulico: in pratica occorre individuare i tratti del reticolo idraulico principale in cui la sezione idraulica non è sufficiente a smaltire la portata attesa, e quindi perimetrazione delle aree allagabili con diversi tempi di ritorno; individuazione degli elementi vulnerabili (infrastrutture, insediamenti abitativi e produttivi, etc.) e, per sovrapposizione con le aree soggette a diversa pericolosità idraulica, individuazione delle aree a rischio. La terza ed ultima fase è invece volta all’individuazione delle tipologie di interventi da mettere in atto per la mitigazione del rischio; in tale fase devono essere date delle indicazioni di carattere generale sulle caratteristiche degli interventi strutturali (creazione di zone di laminazione, rialzamenti d’argine, adeguamento della rete idrografica, rimozione di ostacoli al deflusso, scolmatori, etc.) e non strutturali (limitazione dell’edificabilità nelle zone a rischio, piani di protezione civile, etc.). Lo studio di compatibilità idraulica si basa sulla valutazione di due problematiche: la modellazione dell’evento di pioggia (analisi idrologica) e la determinazione dei tiranti idrici nell’alveo in funzione dalla portata considerata (analisi idraulica). Lo studio idrologico consente di individuare le portate di 5 piena ad assegnata frequenza, mentre lo studio idraulico consente di trasformare il dato di portata in livello idrico all’interno di una singola sezione o tratto del corso d’acqua. Si osserva che la stima della portata di piena effettuata con metodi empirici, basati sulla valutazione della massima portata osservata nelle stazioni di misura e sulle curve di inviluppo con l’area del bacino, può fornire valori significativamente variabili in funzione del metodo utilizzato e quindi può portare a risultati non completamente attendibili soprattutto per bacini di dimensioni limitate. Per tale motivazione si ritiene maggiormente attendibile la valutazione del rischio di piena basata su un approccio probabilistico per la determinazione della portata al colmo Q(T) in funzione del periodo di ritorno T. Si osserva infatti che non esiste un’unica portata di piena ma la stima del suo valore varia in funzione della probabilità di rischio richiesta in fase progettuale e quindi del periodo di ritorno T. 1.Studioidrologicoeidraulico Lo studio idrologico a livello di bacino per la determinazione delle portate attese con diversi tempi di ritorno è stato effettuato utilizzando il metodo VaPi che suddivide il territorio di competenza dell’Autorità di Bacino della Puglia in 6 aree pluviometriche omogenee (vedi Figura 1), per ognuna delle quali è possibile calcolare la Curva di Possibilità Pluviometrica secondo i parametri riportati nella Tabella 1. Figura 1 – Aree pluviometriche omogenee 6 Zona Legge di pioggia , 1 , 2 3 , 26,8 ∙ , , , 22,23 ∙ , 25,325 ∙ , 4 ∙ / , , , 24,7 ∙ ∙ / , 5 , 28,2 ∙ , , ∙ / , 6 , 33,7 ∙ , , ∙ / , Tabella 1 ‐ Leggi di pioggia Ai valori riportati nella tabella precedente devono essere applicati: dei coefficienti moltiplicativi che tengono conto del Fattore di Crescita KT variabile in funzione del tempo di ritorno T, espresso in anni, e della zona pluviometrica considerata; un Fattore di Riduzione Areale KA, funzione della superficie del bacino, espressa in kmq, e della durata dell’evento considerato, espressa in ore. Il fattore KA è necessario qualora si debba condurre uno studio idrologico su una area estesa, in quanto la precipitazione deve essere ragguagliata alla superficie del bacino idrografico considerato per tener conto del fatto che la precipitazione è un valore puntuale e quindi va opportunamente ridotta di un valore che dipende dall’estensione dell’area studiata e dalla durata dell’evento. È opportuno confrontare i parametri della Curva di Possibilità Pluviometrica forniti dal metodo VaPi con i valori dedotti utilizzando dati e serie storiche in aree limitrofe a quella considerata e con caratteristiche geomorfologiche analoghe allo scopo di verificare eventuali problematiche locali. Il calcolo della portata di piena in funzione del periodo di ritorno, da utilizzare per una analisi in moto permanente per la quale è sufficiente conoscere la portata massima, è stato effettuato con metodi semplificati sul tipo del metodo cinematico o razionale. Per i bacini della Puglia Settentrionale, è possibile effettuare una stima indiretta della piena media annua nella sezione di chiusura del bacino, attraverso l’utilizzo della seguente espressione: ∗ ∙ ∙ 3,6 ∙ dove: Q è la piena media annua espressa in mc/s; C* è il coefficiente di piena, così definito: C* = 0.09+0.47 (1‐pp) con pp frazione ad elevata permeabilità del bacino (rapporto tra area ad elevata permeabilità e l’area complessiva del bacino); 0,344 ∙ , tr , in ore, è il tempo di ritardo del bacino, così definito: 7 A rappresenta la superficie del bacino in kmq; I(tr) ,espressa in mm/h, è la intensità di precipitazione ottenuta come h(tr)/tr. Al valore così ottenuto va applicato il coefficiente moltiplicativo relativamente al Fattore di Crescita KT (funzione del tempo di ritorno dell’evento di progetto, espresso in anni), calcolato per le Zone 1‐2‐ 3‐4 (Puglia Settentrionale) utilizzando la formula KT = ‐0.4007+0.904 lnT (vedi Tabella 2) . KT Periodo di ritorno T (anni) 30 50 100 200 500 2,67 3,14 3,76 4,39 5,22 Tabella 2 ‐ Fattore di crescita KT Qualora le caratteristiche del bacino idrografico e/o le condizioni del reticolo idraulico siano tali da prevedere la possibilità che in occasione di una piena si verifichi un importante deflusso di materiale solido tale da pregiudicare la capacità del tronco di smaltire le portate liquide attese, occorre condurre anche un’analisi dell’evoluzione geomorfologica del corso d’acqua, tesa ad individuare sia la capacità di produzione di sedimenti da parte del bacino idrografico che la capacità di trasporto di sedimenti nel tratto del corso d’acqua oggetto d’analisi. Una volta effettuato lo studio idrologico, determinato i valori delle portate fluviali ed aver eventualmente valutato l’importanza del trasporto solido nell’area oggetto di studio sono state effettuate le verifiche idrauliche sulla rete idrografica potenzialmente soggetta a criticità. Tale verifica idraulica è stata condotta in condizioni di moto permanente lungo il tratto interessato dall’intervento. Le equazioni di moto e di continuità, nello schema permanente, si riducono alla sola dipendenza dalla coordinata spaziale e sono espresse dalle seguenti relazioni: ; . La risoluzione di tali equazioni è stata effettuata mediante la loro schematizzazione alle differenze finite. 1.1Areaoggettodistudio Il tracciato della strada di collegamento tra il comune di Rapone e l’Osservatorio Astronomico di Toppo di Castelgrande nel medesimo comune si sviluppa nelle vicinanze del reticolo idrografico del 8 Vallone Traino (Tragino) e del Vallone “Difesa dei Lordi”, entrambi affluenti del torrente Traggine che confluisce in destra idraulica nel fiume Ofanto (vedi Figura 2). Figura 2 – Area oggetto di studio (cartografia: CTR Ex‐Agensud in scala 1:10.000). Si osserva che il tracciato della strada: lambisce il vallone Traino per una distanza di circa 300 metri dall’attraversamento posizionato in località Toppo di Castelgrande; attraversa il vallone Traino nelle vicinanze della località Toppo di Castelgrande; attraversa due piccoli fossi in corrispondenza del Vallone “Difesa dei Lordi”. 1.2‐Calcolodellacurvadipossibilitàpluviometrica Il calcolo della portata di piena con periodo di ritorno pari a 30, 100 e 200 anni è stato effettuato con il metodo semplificato VaPi calcolando la curva di possibilità pluviometrica con il metodo di analisi regionale e confrontandolo con la curva ricavata utilizzando la serie storica dei massimi annuali di pioggia oraria registrati in una stazione pluviometrica vicina all’area considerata. La zona oggetto di studio appartiene all’area pluviometrica omogenea 4, per la quale è valida la seguente espressione della Curva di Possibilità Pluviometrica: 9 , , 24,7 ∙ Nelle vicinanze del territorio considerato è presente la stazione pluviometrica di San Fele1. Dall’analisi della serie storica dei massimi annuali di pioggia oraria registrati nella stazione di misura, riportati nella Tabella 3, sono state ricavate le curve relative alle altezze di pioggia in funzione della durata d dell’evento e del periodo di ritorno T espresse dalla relazione: hT ( d ) a T d nT , dove aT rappresenta il coefficiente di scala della linea segnalatrice, pari al valore atteso dell’altezza di pioggia massima annuale per la durata di riferimento, e n l’esponente di scala. Nella figura seguente sono riportate le linee segnalatrici di possibilità pluviometrica determinate su un diagramma bilogaritmico, mentre nella Tabella 4 è riportato il riepilogo dei valori del coefficiente aT e dell’esponente di scala n in funzione del periodo di ritorno. 1000.00 T= 5 anni T= 10 anni y = 66.931x0.2013 y = 54.181x0.2149 y = 44.6x0.2292 y = 35.699x0.248 100.00 T= 50 anni T= 100 anni T = 200 anni y = 59.674x0.2084 T = 500 anni y = 48.676x0.2225 T = 30 anni y = 29.836x0.2651 10.00 0.1 1 10 100 Figura 3 – Linee di possibilità pluviometrica calcola te per la stazione di San Fele 1 Appendice A – VaPi – Stazione Pluviometrica numero 60 a quota 862 m s.l.m. 10 Tabella 3 ‐ Dati pluviometrici piogge (1, 3, 6, 12 e 24 ore) stazione di San Fele Tabella 4 – Coefficiente e esponente di scala della legge di pioggia in funzione del periodo di ritorno 11 Le leggi di pioggia calcolate per l’area oggetto di studio in funzione del periodo di ritorno sono riportate nella Tabella 5: Periodo di ritorno Legge di pioggia 30 anni h 44 , 60 t 0 , 2292 100 anni h 54 ,18 t 0 , 2149 200 anni h 59 , 67 t 0 , 2084 Tabella 5 ‐ Legge di pioggia stazione di San Fele 1.3‐Calcolodellaportatadipiena Per il calcolo della portata transitante in corrispondenza dell’attraversamento del Vallone Traino è stato delimitato il bacino idrografico sotteso su cartografia in scala 1:10.000 (vedi Figura 4). Il bacino idrografico individuato ha le seguenti caratteristiche: superficie pari a 0,61 km2; lunghezza asta principale 0,92 km; altitudine massima del percorso idraulico pari a 1248 m s.l.m. e altitudine minima del percorso idraulico pari a 1150 m s.l.m.. Figura 4 ‐ Bacino idrografico sotteso all'attraversamento di Vallone Traino Il calcolo della portata di piena per l’area oggetto di studio è stato effettuato utilizzando le seguenti metodologie: A. il metodo semplificato VaPi che, per i bacini della Puglia Settentrionale descritto nei paragrafi precedenti, che si basa sull’analisi regionale e utilizza l’espressione: ∗∙ ∙ , ∙ ; B. la formula razionale che si basa la legge di pioggia determinata in base a serie storiche di dati e utilizza l’espressione: QMax,T c h(tc , T ) S 3,6 tc , 12 dove c è il coefficiente di deflusso, S è la superficie del bacino sotteso [km2], h(tc,T) è l’altezza critica di pioggia con fissato periodo di ritorno [mm] e tc è il tempo di corrivazione [ore]. Il tempo di corrivazione tc del bacino è stato calcolato in base ai dai pluviometrici e morfometrici disponibili e in particolare: ‐ per superfici superiori a 20 km2, è stata utilizzata la formula di Giandotti: ∙√ , ∙ , ∙ , dove A è la superficie del bacino sotteso [km2], L è la lunghezza dell’asta principale [km], Hm è l’altezza media del bacino [m] e H0 la quota della sezione di chiusura [m]. ‐ per superfici inferiori a 20 km2, è stata utilizzata la formula di Kirpich, Watt‐Chow e Pezzoli2: 0,02221 ∙ , , √ dove L è la lunghezza dell’asta principale [km] e P è la pendenza media del percorso idraulico [m/m]. 1.3.1 MetodoVaPi Per il bacino considerato si ha: a [mm/ora] n A [km2] tr [ore] KA [tr] C*3 KT (T=30 anni) KT (T=100 anni) KT (T=200 anni) 27,4 0,256 0,62 0,27 1 0,513 2,67 3,76 4,39 La portata di piena in funzione dei differenti periodi di ritorno risulta quindi: QT (m3/s) QT (m3/s) QT (m3/s) 2 Kirpich P.Z. (1940) - Time of concentration of small agricultural watersheds. Civil Engin., 362. 3 Valore ricavato dal volume VaPi caratteristico della permeabilità dell’area esaminata - Tab 10.5 pag. 237e Fig. 10.11 pag. 240. 13 Metodo VaPi con T= 30 anni 15 con T= 100 anni 21 con T= 200 anni 25 Tabella 6 ‐ Portate di piena in funzione del periodo di ritorno (metodo VaPi) 1.3.2 Formularazionale Per il bacino considerato si ha: Superficie del bacino A [km2] Lunghezza percorso idraulico principale L [km] Altitudine massima percorso idraulico [m s.l.m.] Altitudine minima percorso idraulico [m s.l.m.] Pendenza media percorso idraulico [m/m] Coefficiente di deflusso tr [ore] 0,62 0,91 1249 1165 0,09 0,6 0,22 La portata di piena in funzione dei differenti periodi di ritorno risulta: Formula Razionale QT (m3/s) con T= 30 anni 15 QT (m3/s) con T= 100 anni 18 QT (m3/s) con T= 200 anni 20 Tabella 7 ‐ Portate di piena in funzione del periodo di ritorno (formula razionale) Si osserva che le due metodologie applicate portano a valori analoghi. Per il calcolo delle aree allagabili si utilizzerà il valore fornito dal metodo VaPi che, essendo più elevato, è maggiormente cautelativo. 2–Perimetrazionedelleareeinondabili La perimetrazione delle aree allagabili con diversi tempi di ritorno consente di individuare eventuali criticità lungo il reticolo idraulico dove la sezione idraulica non è sufficiente a smaltire la portata attesa. La delimitazione delle aree inondabili avviene sulla base dei livelli di piena stimati con la modellazione idrologica ed idraulica per i tempi di ritorno di 30, 200 e 500 anni. Per la perimetrazione sono utilizzate le seguenti cartografie: Carta Tecnica Regionale in scala 1:10.000 (Ex agensud); Cartografia digitale dell’area nelle vicinanza di Toppo di Castelgrande con curve di livello ogni 5 metri fornita dal comune di Castelgrande. 14 Ne caso in esame sono state calcolate le aree inondabili inviluppo dei fenomeni di esondazione della curva due centennale in quanto occorre verificare il tracciato stradale si trova in condizione di sicurezza idraulica4. Per la determinazione del profilo della superficie libera del corso d’acqua si sono utilizzate le equazioni del moto permanente monodimensionale di una corrente a pelo libero in alveo quasi cilindrico con portata costante. Le equazioni che governano il moto sono state risolte applicando il codice di calcolo HEC‐RAS, sviluppato da Hydrologic Engineering Center dell’US Army Corps of Engineers (release 4.1.0, Gennaio 2010). La modellazione delle aste fluviali è basata su tre elementi fondamenti: la determinazione della portata al colmo di piena relativa al tronco fluviale considerato in funzione del periodo di ritorno, la caratterizzazione geometrica delle sezioni idrauliche considerate e la definizione della scabrezza delle stesse. Il codice di calcolo HEC‐RAS ipotizza che: la portata sia costante nel tempo nei vari tratti considerati (steady flow); il moto della corrente idrica sia monodimensionale; l’alveo abbia una pendenza sufficientemente piccola da ricavare la misura dei tiranti idrici in direzione verticale; la corrente sia gradualmente variata . L’utilizzo della schematizzazione semplificata, rappresentata dalla soluzione in condizioni di moto monodimensionale e permanente delle equazioni che governano il moto della corrente, consente di definire in maniera fisicamente attendibile i livelli idrometrici nella piana alluvionale e di valutare l’ampiezza delle aree allagabili ad assegnata frequenza. Si osserva infine che nella modellazione idraulica sono stati considerati trascurabili i fenomeni trasporto solido e le simulazioni sono state effettuate ipotizzando uno stato di pulizia adeguato del corso d’acqua oggetto di studio. Nella modellazione è stato analizzato il tronco fluviale del Vallone Traino che lambisce il collegamento stradale subito a valle dell’attraversamento in località Toppo di Castelgrande per uno sviluppo di circa 300 m (vedi Figura 5). Per la modellazione dei tronchi fluviali si è utilizzato: 4 Art. 36 PAI – Aree in sicurezza idraulica – non inondate per eventi con periodi di ritorno maggiori o uguali a 200 anni. 15 ‐ ‐ ‐ un coefficiente di scabrezza espresso dalla formulazione di Manning (Strickler) pari a ⁄ 0,03 ∙ 30 ⁄ ∙ ), corrispondente a corsi d’acqua montani, senza vegetazione in alveo, con sponde ripide con alberi e cespugli e fondo con ghiaia, ciottoli e massi sparsi; una pendenza media pari al 12,5% rilevata da cartografia; una portata di piena QT=25 m3/s corrispondente ad un periodo di ritorno pari a 200 anni. Figura 5 – Tratto analizzato Nella Figura 6 è riportato lo schema geometrico di riferimento della modellazione numerica con evidenziate le sezioni di calcolo. Figura 6 ‐ Sezioni di calcolo 16 Figura 7 ‐ Sezioni modellate La simulazione ha consentito di calcolare i tiranti idrici e l’andamento dell’area di esondazione con periodo di ritorno T = 200 anni (vedi Figura 8 e Figura 8). Figura 8 – Vista tridimensionale delle area esondazione Vallone Traino con portata di piena con T pari a 200 anni 17 Figura 9 – Sezioni con tiranti idrici relativi alla portata con periodo di ritorno T = 200 anni. Riportando i risultanti dell’elaborazione sulla cartografia digitale si osserva che il tracciato della strada di collegamento che lambisce il Vallone Traino è esterno all’area di esondazione con portata con periodo di ritorno T = 200 anni (vedi Figura 10) e quindi rispetta le condizioni di sicurezza idraulica come definite dal PAI. 18 Figura 10 ‐ Aree di esondazione Vallone Traino con portata di piena con T pari a 200 anni 3‐Verificadegliattraversamenti Per quanto riguarda gli attraversamenti/tombini stradali, si osserva che: ‐ il franco tra la quota idrometrica relativa alla piena di progetto e la quota di intradosso del ponte non deve essere superiore a 0,5 volte l’altezza cinetica della corrente e comunque non inferiore a un 1,00 m; ‐ l’insieme delle opere costituenti l’attraversamento non deve comportare condizionamenti al deflusso della piena e indurre modificazioni all’assetto morfologico dell’alveo. Nel caso in esame, per il calcolo idraulico delle dimensioni minime degli attraversamenti stradali e per la valutazione della compatibilità idraulica con le portate considerate, si è stimata una portata dell’ordine di 3 m3/s per i tombini posizionati in corrispondenza del Vallone “Difesa dei Lordi”, mentre per l’attraversamento il località Toppo di Castelgrande si è utilizzata la portata di piena calcolata in precedenza, QT=200 anni = 25 m3/s. Nella figura seguente è riportata l’ubicazione degli attraversamenti considerati. Si è inoltre ipotizzato: un coefficiente di scabrezza si Glaukler‐Strickler pari a 30 ⁄ ∙ e una pendenza pari al 5%. 19 Figura 11 – Ubicazione attraversamenti/tombini stradali. In base ai dati riportati in precedenza e utilizzando la formula di moto uniforme di Glaukler‐Strickler sono state ricavate le dimensioni minime degli attraversamenti compatibili con le portate di calcolo. I dati geometrici e idraulici di riepilogo sono riportati nelle tabelle seguenti. Sezione scatolare b[m] = 2,00 m 1 [deg] = 90 2 [deg] = 90 hmax=1,50 m B [m] = 2,00 Hcalcolo [m] = 0,48 V [m/s] = 3,14 Carico cinetico v2/2g = 0,50 Franco [m] = 1,02 Hcritica [m] = 0,61 Sezione circolare D=2,00 m Hcalcolo [m] = 0,65 V [m/s] = 3,41 Carico cinetico v2/2g = 0,59 Franco [m] = 1,35 Tabella 8 – Dimensione minime tombini fossi in località Vallone “Difesa dei Lordi” 20 Sezione scatolare b[m] = 3,50 m 1 [deg] = 90 2 [deg] = 90 hmax=2,50 m B [m] = 3,50 Hcalcolo [m] = 1,30 V [m/s] = 5,50 Carico cinetico v2/2g = 1,54 Franco [m] = 1,20 Hcritica [m] = 1,73 Sezione cricolare D=3,0 m Hcalcolo [m] = 1,74 V [m/s] = 5,87 Carico cinetico v2/2g = 1,76 Franco [m] = 1,26 Tabella 9 – Dimensione minime attraversamento stradale in località Vallone “Toppo di Castelgrande” Conclusioni Il presente studio ha consentito di verificare che il tracciato della strada di collegamento tra il comune di Rapone e l’Osservatorio Astronomico di Toppo di Castelgrande nel medesimo comune, che si sviluppa nelle vicinanze del reticolo idrografico del Vallone Traino (Tragino) e del Vallone “Difesa dei Lordi”, rispetta le condizioni di sicurezza idraulica definite nell’art. 36 del PAI. Il tracciato stradale è infatti esterno all’area di esondazione con portata con periodo di ritorno T = 200 anni. Sono state fornite inoltre le dimensioni minime degli attraversamenti/tombini stradali che risultano compatibili con le portate idrauliche considerate. 21
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