Lezione master Proidro - Modellazione idrologica con GRASS GIS 17/12/2010
Sommario - Ufficio del Commissario Straordinario delegato ... Idrologica e... · idrico, la portata...
Transcript of Sommario - Ufficio del Commissario Straordinario delegato ... Idrologica e... · idrico, la portata...
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
1 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Sommario
Premessa ..................................................................................................................................................... 2
Obiettivo della progettazione definitiva ..................................................................................................... 3
Interventi di progetto .................................................................................................................................. 3
Studio Idrologico ......................................................................................................................................... 5
Verifiche idrauliche in moto vario ............................................................................................................. 15
Risultati della verifica in moto vario allo stato attuale.............................................................................. 24
Progetto degli interventi ........................................................................................................................... 27
Verifica idraulica dello stato di progetto ................................................................................................... 30
Confronto tra stato attuale e stato di progetto ........................................................................................ 34
Dimensionamento dei manufatti di sfioro ................................................................................................ 34
Raccomandazioni e criteri di manutenzione delle casse di espansione ................................................... 41
Conclusioni ................................................................................................................................................ 41
Allegato 1 – Bacini Idrografici .................................................................................................................... 43
Allegato 2 – Verifiche in moto vario Stato Attuale – Tabulati, Profilo e Sezioni ....................................... 45
Allegato 3 – Verifiche in moto vario Progetto – Tabulati, Profilo e Sezioni .............................................. 53
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
2 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Premessa
La seguente relazione costituisce la sintesi dello studio idrologico-idraulico eseguito sul
torrente Papaniciaro, affluente del fiume Esaro, di supporto alla progettazione definitiva dei
lavori di sistemazione idraulica dell’asta mediante la realizzazione di una vasca di laminazione e
l’adeguamento delle sezioni idrauliche ritenute insufficienti, per un breve tratto a valle.
La progettazione definitiva fa seguito ad un progetto preliminare, redatto nel novembre 2014
dalla Provincia di Crotone, corredato da analisi di fattibilità e nel quale sono stati valutati
diversi scenari con l’utilizzo di una cassa di laminazione dislocata sulla porzione intermedia del
bacino del torrente Papaniciaro, è stata effettuata la stima preliminare dei costi di realizzazione
delle opere proposte e sono stati stimati gli effetti sui tronchi a valle, tramite
l’implementazione di un modello idraulico in moto permanente.
Il presente elaborato è stato redatto sulla scorta delle indicazioni fornite dalla progettazione
preliminare posta a base di gara, delle sezioni rilevate sull’intero corso del torrente e dei
sopralluoghi in sito effettuati allo scopo di verificare gli interventi di progetto in relazione al
territorio in cui si inseriscono.
Il complesso di interventi previsti lungo l’asta fluviale comprendono la realizzazione di una
vasca di laminazione per una cubatura complessiva di circa 100.000 mc.
Per i calcoli idrologici si è fatto riferimento all’ex progetto dello scolmatore sul torrente
Papaniciaro ed alle considerazioni del Prof. Ing. Pasquale Versace, raccolte nel documento
“Analisi di fattibilità di una soluzione alternativa allo scolmatore Papaniciaro”, richiamato dal
progetto preliminare, oltre che alla relazione idrologica a corredo degli elaborati a base di gara.
Il dimensionamento delle opere è stato effettuato nel rispetto dei vincoli imposti dai limiti
dell’officiosità idraulica dei tratti più a valle, delle aree allagabili individuate nel progetto
preliminare e delle criticità individuate lungo l’asta.
Nello specifico, essendo l’opera inserita in uno schema generale di interventi in corso di
attuazione lungo l’asta del Papaniciaro1, considerando che la sua realizzazione non potrà
essere risolutiva dei problemi di insufficienza dei tratti vallivi, ma il suo contributo al sistema di
lavorazioni atte alla mitigazione del rischio idraulico sarà più importante quanto maggiore sarà
la volumetria invasabile, l’input idrologico e la massima portata che potrà defluire a valle dello
sbarramento assumono un valore relativo di riferimento per testare le capacità di laminazione 1 Un intervento di realizzazione di una cassa di espansione nella parte alta del bacino del Papaniciaro è tuttora in
fase di progettazione da parte della Protezione Civile Regionale; più a valle saranno realizzati ulteriori lavori di mitigazione del rischio idraulico con altra gara di appalto.
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
3 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
della cassa in relazione ai vari periodi di ritorno, oltre che per ottimizzare gli organi di
regolazione e rilascio.
Rispetto al progetto preliminare si conferma l’ubicazione dello sbarramento, tuttavia è stato
necessario innalzarlo di circa due metri onde garantire una capacità di invaso prossima a quella
stimata, in prima approssimazione, in 120.000 mc; tale valore, con la quota sommitale prevista
inizialmente, sarebbe stato raggiungibile solo a patto di profondi lavori di scavo diffusi e
impattanti nell’area della cassa, fra l’altro non inseriti nella stima della spesa.
Obiettivo della progettazione definitiva
Gli obiettivi principali della progettazione sono:
- implementare un modello idrologico capace di ricostruire la dinamica afflussi-deflussi
dell’intero bacino del torrente Papaniciaro;
- realizzare un modello idraulico dell’asta principale del torrente allo stato attuale, necessario
per la localizzazione delle criticità idrauliche a livello locale e di bacino;
- proporre una serie di interventi per la mitigazione del rischio idraulico, che fornisca una serie
di benefici in termini di riduzione del rischio, sia sul centro abitato di Crotone, sia nella parte
più a monte del bacino, relativamente alle viabilità provinciali e comunali presenti;
- redigere un progetto che accolga le specifiche peculiarità e necessità locali, rimanendo
comunque unitario nei dati di partenza e negli obiettivi generali.
Interventi di progetto
L’analisi eseguita negli studi precedenti ha messo in evidenza come il torrente Papaniciaro, a
parte il tratto di valle urbano, già oggetto di sistemazione, ed il fime Esaro manifestino
situazioni di crisi per le portate analizzate con ricorrenza duecentennale. Fondamentalmente,
le possibili strategie per la riduzione del rischio idraulico possono schematicamente essere
ricondotte a opere di difesa passiva e attiva:
• per opere di difesa “passiva” classicamente si intendono quelle relative alla risagomatura
dell’alveo del corso d’acqua, con la ricalibratura di quelle infrastrutture esistenti e la
realizzazione di opere di contenimento (argini e muri) sul corso d’acqua stesso che allo stato
attuale risulta insufficiente per lo smaltimento della portata di progetto;
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
4 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
• per opere di difesa “attiva” si intendono invece le casse di espansione, strutture cioè che
funzionano come “polmoni idraulici” atti a immagazzinare i volumi in eccedenza durante un
evento “critico” per il corso d’acqua , e in grado di restituire successivamente e gradualmente
tali volumi al corso d’acqua stesso.
Gli interventi di difesa passiva sono generalmente utilizzati per ridurre o eliminare criticità a
livello locale. Poiché però la conseguenza diretta di un intervento di tipo passivo è
l’innalzamento locale dei livelli e soprattutto il transito verso valle di portate superiori a quelle
previste allo stato attuale, tali interventi non possono pertanto essere utilizzati per estensioni
notevoli e soprattutto non possono essere previsti interventi di difesa passiva non corredati da
interventi di difesa attiva, che siano in grado di assicurare, almeno, il non aggravio verso valle
in termini di portate massime, battenti idraulici nelle sezioni e volumi complessivamente
trasferiti verso valle.
Nel caso specifico del torrente Papaniciaro sono presenti, lungo l’asta principale del corso
d’acqua, aree morfologicamente idonee, con opportuni accorgimenti, alla realizzazione di
casse di espansione, con tipologia a bocca tarata. Pertanto, dove è stato possibile si è
privilegiata la progettazione di opere a difesa “attiva”, cioè la realizzazione di casse di
espansione, in quanto a trarre i benefici del loro funzionamento, non sono solo i centri abitati o
più in generale le aree immediatamente valle delle casse di laminazione, ma si ha un effetto di
laminazione e di mitigazione del rischio idraulico a scala di bacino.
In sintesi, le opere da realizzare sono di seguito elencate:
- realizzazione sullo stesso corso d’acqua Papaniciaro di una vasca di laminazione (aggiuntiva
rispetto a quella in corso di realizzazione) di circa 100.000 mc; la superficie della vasca sarà al
massimo volume di invaso pari a 45.000 mq e l’altezza massima di invaso sarà di 6 metri alla
quota dello sfioro principale (35 m.s.l.m.).
- risagomatura e rivestimento delle sezioni in alveo per un breve tratto di asta a ridosso
dell’opera di sbarramanto.
- realizzazione di piste di accesso ai manufatti onde consentire l’ispezione e l’agevole
manutenzione.
- installazione di sistema di monitoraggio e videosorveglianza per garantire la lettura
immediata delle principali grandezze idrauliche e controllare la funzionalità di tutti gli organi.
Si realizzerà pertanto uno sbarramento di altezza massima di circa 7,00 m realizzato in terra
stabilizzata con calce idrata, il corpo centrale dotato di bocca a battente realizzata in cemento
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
5 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
armato è dimensionato idraulicamente in modo che in corrispondenza del massimo tirante
idrico, la portata defluente non sia superione a quella contenuta nel tratto di asta risagomato a
valle.
Nel proporzionamento delle opere, a vantaggio della sicurezza, non si è tenuto in conto
l’effetto riduttivo che sarà operato dalla vasca in corso di realizzazione più a monte, tuttavia
sono stati adottati accorgimenti costruttivi che consentiranno di ottimizzare la regolazione
idraulica in rilascio (bocca tarata di fondo, sfioro in sommità) con modestissimi interventi,
allorquando la messa in esercizio di ulteriori lavori di mitigazione del rischio idraulico lungo il
torrente modificherà le condizioni al contorno (idrogramma in ingresso, portata defluibile a
valle).
La vasca sarà dotata di sfioratore a soglia e canale di gronda che permetteranno di assicurare
l’evacuazione delle portate eccezionali. Sarà realizzata inoltre una opportuna vasca di
dissipazione a valle della bocca a battente, opportunamente dimensionata, rivestita in
gabbioni. Saranno inoltre realizzati sistemi di monitoraggio ed allarme.
Studio Idrologico
L’obiettivo primario dello studio idrologico è la ricostruzione della fenomenologia degli eventi
meteorologici nei bacini di interesse. E’ stata effettuata l’integrazione dello studio idrologico
del torrente Papaniciaro2, finalizzato alla determinazione delle portate di piena in ogni tratto
dell’asta fluviale. Relativamente alle caratteristiche geomorfologiche e del reticolo idrografico,
il corso d’acqua è stato suddiviso in 4 tratti, caratterizzati da un diverso idrogramma di piena e
da una relativa portata al colmo di piena.
2 Come detto, si è fatto riferimento alla Relazione dell’ex scolmatore ed alla progettazione preliminare dall’Ente
appaltante, in cui sono state determinate le caratteristiche idro-geomorfologiche dei bacini imbriferi e stimati i valori dei contributi unitari dei bacini stessi, di cui si condivide integralmente il contenuto e che si allega alla presente.
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
6 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Figura 1: Sottobacini idrografici del T. Papaniciaro
Nello specifico, sulla scorta della caratterizzare statistica della distribuzione pluviometrica
operata negli studi preliminari, si è ritenuto di discretizzare la risposta idraulica del bacino per
sotto-tratti di interesse e curve di possibilità climatica per tempi di ritorno di 10, 30, 100, 200 e
500 anni.
Il fenomeno della trasformazione afflussi-deflussi che avviene in un bacino idrografico investito
da un evento pluviometrico può essere studiato con vari metodi a secondo dei dati disponibili
e del grado di dettaglio ed accuratezza del risultato che si intende ottenere. Tutti questi metodi
sono riconducibili alle seguenti tipologie:
• concettuali: quando il fenomeno viene schematizzato nel dettaglio e scomposto nelle sue
varie componenti per ciascuna delle quali si adotta un modello matematico che simula quanto
avviene nella componente stessa (es: metodo dell’idrogramma unitario o il metodo
cinematico);
• statistici: quando si fa unicamente un’analisi statistica dei deflussi e quindi le portate di piena
del bacino idrografico vengono valutate sulla base di equazioni matematiche che possono
dipendere anche da caratteristiche morfologiche del bacino stesso (es.: metodi di
regionalizzazione delle piene del VaPi);
Ubicazione
sbarramento di
progetto
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
7 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
• formule empiriche: quando le portate massime vengono calcolate sulla base di semplici
relazioni tarate sulla base di dati sperimentali (es: formule di Gherardelli-Marchetti,
Mongiardini, Forti, De Marchi e Pagliaro).
Nella presente studio, in analogia alle precedenti elaborazioni, si adottano i metodi concettuali
implementati nel software HEC-HMS utilizzato per condurre le simulazioni idrologiche.
Tali metodi analizzano separatamente le varie fasi in cui il fenomeno di trasformazione afflussi-
deflussi può essere scomposto e che sono:
• separazione delle piogge;
• formazione della piena;
• propagazione della piene;
• deflusso di base.
Ai fini della modellazione idrologica sì è scelto di schematizzare il bacino idrografico del
torrente Papaniciaro come composto da più sottobacini, e per le varie fasi in cui è possibile
schematizzare il fenomeno trasformazione afflussi-deflussi si è scelto di utilizzare i seguenti
metodi:
• I fase: separazione della pioggia (calcolo della pioggia netta): metodo Curve Number (CN) del
Soil Conservation Service (SCS);
• Il fase: formazione della piena: metodo dell’ldrogramma Unitario Istantaneo (IUH) del Soil
Conservation Service (SCS).
• III fase: propagazione della piena lungo i tronchi che connettono i vari sottobacini metodo di
Muskingum Cunge.
Di seguito si da una breve descrizione teorica dei metodi utilizzati per schematizzare ognuna
delle fasi sopra elencate.
Separazione delle piogge
Il massimo volume specifico di acqua che il terreno può trattenere in condizioni di saturazione
o capacità di ritenzione del suolo (S) deriva dalla seguente relazione:
S = 254 x (100/CN -1)
Dall’analisi del risultato di molte osservazioni sperimentali ne deriva che la perdita iniziale (la) è
legata alla capacità di ritenzione del suolo (S) dalla relazione
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
8 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
la = 0.2 x S
che è quindi il valore da utilizzare in mancanza di altri dati disponibili.
Il valore del Curve Number (CN) va, invece, rilevato in funzione dei dati contenuti nella tabella
sotto riportata in funzione del tipo di copertura e uso del suolo e del tipo di suolo
Le classi di suolo sono riportate nella tabella successiva. In generale il valore del CN del bacino
risulterà da una media pesata dei CN delle singole unità fisiografiche omogenee in cui il bacino
può essere scomposto. Ogni metodo di separazione delle piogge è influenzato dal grado di
saturazione del suolo al momento del verificarsi dell’evento di pioggia. Il valore del CN del Soil
Conservation Service come sopra descritto è associabile a condizioni medie di saturazione che
corrispondono al valore 2 di Antecedent Moisture Condition (AMC) che come indicato nella
tabella seguente è ricavabile in funzione dell’altezza di pioggia registrata nei cinque giorni che
precedono l’evento e dello stato vegetativo.
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
9 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Per ottenere il valore di CN relativo alle altre due condizioni di saturazione si usano le relazioni
seguenti:
Formazione delle piene
Per la valutazione del tempo di ritardo del bacino, unico parametro necessario per la
determinazione della forma del IUH nella formulazione SCS, si è ritenuto sufficientemente
cautelativo utilizzare il valore estratto dalla parametrizzazione del bacino idrografico,
compreso tra 1 e 3 ore per i vari sottobacini.
Propagazione della piene
Il metodo di Muskingum-Cunge è basato sulla soluzione dell’equazione di continuità e di quella
del momento, tramite un metodo approssimato alle differenze finite. Questo metodo
costituisce una variante del metodo di Muskingum rispetto al quale presenta il notevole
vantaggio di poter determinare i parametri necessari sulla base delle caratteristiche
geometriche ed idrauliche del tronco esaminato. Il dettaglio delle caratteristiche dei
sottobacini e dei tronchi utilizzati per la schematizzazione del bacino idrografico è riportato
nell’allegato.
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
10 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Stima dei deflussi
Sulla base della schematizzazione del bacino idrografico adottata e dei dati di pioggia ottenuti
come specificato in precedenza si è proceduto alla simulazione idrologica degli eventi di
pioggia con tempo di ritorno di 200 e 500 anni e per diverse durate. Di seguito si riportano, in
forma grafica, gli idrogrammi generati dai rispettivi ietogrammi. Nell’allegato, infine, si trovano
i report ottenuti dal software HEC-HMS per il modello di bacino e per le tre simulazioni
utilizzate ai fini del presente studio. L'area di intervento ricade nella vallata Manca di Cane, in
corrispondenza della sezione di chiusura del sottobacino identificato come “B1” del T.
Papaniciaro.
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
11 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Figura 2: Uso del suolo
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
12 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Figura 3: Curve number
Il pluviogramma di progetto assegnato al bacino del Papaniciaro è stato ricavato con
riferimento alla curva di probabilità pluviometrica calcolata per il pluviografo di Crotone. La
curva di probabilità, per tempo di ritorno di 200 anni, ha la seguente espressione:
h (t,200)=82.66∗t0.355
Il corrispondente pluviogramma di progetto è il seguente:
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
13 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Figura 4: Ietogramma
Sulla base della schematizzazione del bacino idrografico adottata e dei dati di pioggia ottenuti
si è proceduto alla simulazione idrologica degli eventi di pioggia con tempo di ritorno di 200 e
500 anni. Di seguito si riassumono i principali risultati ottenuti:
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
14 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Idrogrammi Tr = 200 e 500 anni
Tempo
Ore Bacino A Bacino B1Sbarramento di
ProgettoBacino A Bacino B1
Sbarramento
di Progetto
0.25 0.5 0.5 1.0 0.6 0.6 1.2
0.5 1.0 0.7 1.7 1.2 0.8 2.0
0.75 2.0 1.0 3.0 2.4 1.2 3.5
1 5.0 1.5 6.5 5.9 1.8 7.7
1.25 7.0 2.0 9.0 8.3 2.4 10.6
1.5 10.0 4.0 14.0 11.8 4.7 16.5
1.75 15.0 7.0 22.0 17.7 8.3 26.0
2 24.0 8.0 32.0 28.3 9.5 37.8
2.25 50.0 8.5 58.5 59.0 10.1 69.1
2.5 100.0 22.0 122.0 118.0 26.1 144.1
2.75 121.0 43.0 164.0 142.8 51.0 193.7
3 80.0 50.5 130.5 94.4 59.8 154.2
3.25 45.0 47.0 92.0 53.1 55.7 108.8
3.5 34.0 34.0 68.0 40.1 40.3 80.4
3.75 26.0 25.0 51.0 30.7 29.6 60.3
4 22.0 21.0 43.0 26.0 24.9 50.8
4.25 18.0 17.0 35.0 21.2 20.1 41.4
4.5 17.0 16.0 33.0 20.1 19.0 39.0
4.75 15.0 15.0 30.0 17.7 17.8 35.5
5 7.0 11.0 18.0 8.3 13.0 21.3
5.25 5.0 8.0 13.0 5.9 9.5 15.4
5.5 2.0 5.0 7.0 2.4 5.9 8.3
5.75 1.0 2.0 3.0 1.2 2.4 3.6
6 0.5 1.0 1.5 0.6 1.2 1.8
6.25 0.5 0.5 1.0 0.6 0.6 1.2
6.5 0.2 0.2 0.4 0.2 0.2 0.5
6.75 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 0.2
7 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 0.2
7.25 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 0.2
7.5 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 0.2
7.75 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 0.2
8 0.1 0.1 0.2 0.1 0.1 0.2
200 anni 500 anni
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
15 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Le portate massime di piena sono sostanzialmente simili a quelle ricavate dagli studi
preliminari e saranno utilizzate in seguito per la modellazione idraulica del corso d’acqua.
Verifiche idrauliche in moto vario
Il modello di moto
Per lo studio dello stato attuale e dello stato di progetto è stato utilizzato un modello di moto
vario, messo a punto adottando il codice di calcolo HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center’s
River Analysis System) versione 4.1.0, del quale si fornisce una sintesi delle principali
caratteristiche. In particolare vengono riportate le ipotesi di calcolo, le equazioni di base, i
criteri di suddivisione delle sezioni per il calcolo della distribuzione delle portate e delle
velocità, le espressioni adottate per il calcolo delle perdite di carico e la metodologia iterativa
di risoluzione del problema, nonché cenni alla modellazione di strutture in linea ed
attraversamenti.
Le ipotesi di calcolo
Il modello risolve il problema della individuazione del livello del pelo libero della corrente in
un’assegnata sezione nelle seguenti ipotesi:
1) flusso stazionario: nell’equazione di bilancio energetico, che è alla base della risoluzione del
moto permanente, non sono inclusi termini tempo-varianti;
2) flusso gradualmente variato: valido tranne in corrispondenza di strutture come ponti, briglie,
ecc., dove il flusso può variare rapidamente. Infatti, l’equazione di bilancio energetico è basata
sull’ipotesi che ci sia una distribuzione di pressione idrostatica in ogni sezione: se il flusso varia
rapidamente, il programma passa automaticamente ad utilizzare l’equazione d’equilibrio delle
spinte o altri metodi empirici;
3) flusso monodimensionale: si trascurano cioè le componenti della velocità in direzioni diverse
da quelle della corrente; è un’assunzione necessaria in quanto l’equazione di bilancio
energetico, presuppone che il carico sia lo stesso in tutti i punti della sezione;
4) basse pendenze dell’alveo (inferiore a 0.1): in questo modo il carico piezometrico
equivale alla profondità dell’acqua misurata verticalmente.
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
16 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Le equazioni di base
Come già precedentemente accennato, HEC-RAS ricava i profili di pelo libero, per correnti
stazionarie gradualmente variate, determinando la soluzione dell’equazione dell’energia con
una procedura iterativa (metodo standard).
Figura 5: Rappresentazione dei termini dell’equazione dell’energia
Il calcolo dei profili idraulici può essere effettuato in corrente veloce, lenta o mista. Il profilo è
calcolato da una sezione trasversale a una successiva, con un processo iterativo che si basa
sulla risoluzione dell’equazione monodimensionale dell’energia (riferendosi alla figura):
Y = altezza d’acqua dal fondo alveo (m)
Z = quota del fondo alveo (m)
V = velocità media (portata/sezione idraulica) (m/s)
α1,2 = coefficienti pesati dell’energia cinetica
g = accelerazione di gravità (m/s2)
La perdita energetica tra due sezioni successive comprende le perdite per attrito (distribuite) e
le perdite per contrazione/espansione (localizzate):
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
17 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
In cui il primo termine rappresenta le perdite distribuite e il secondo le perdite localizzate;
L = distanza pesata tra due sezioni consecutive (m);
Sf = gradiente idraulico medio;
C = coefficiente di contrazione e di espansione.
E’ necessario chiarire come il programma calcola le grandezze che compaiono nell’equazione
precedente. Il programma suddivide la sezione trasversale in zone nelle quali la velocità possa
essere considerata uniformemente distribuita: le banchine laterali (lob, rob) e il canale
principale (ch), i punti dove cambia il coefficiente di Manning.
K = capacità di deflusso (mc/s);
n = coefficiente di scabrezza di Manning (s/m1/3)
A = area bagnata (m2)
R = raggio idraulico (m)
Per quanto riguarda il coefficiente C, il programma assume che vi sia contrazione dell’area di
flusso se la componente cinetica del carico totale è più grande a valle che a monte, viceversa
espansione. I valori che questo coefficiente può assumere sono stati tabulati in base all’entità
del restringimento. Quando l’ipotesi di corrente gradualmente variata non risulti più verificata
e si verifichi il passaggio da corrente lenta a veloce o viceversa, l’equazione energetica non può
essere più applicata, e il programma fa invece uso dell’equazione di equilibrio delle spinte,
derivata dalla seconda legge di Newton:
dove:
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
18 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Pi = γ A Y cosα = pressione idrostatica sulla sezione i;
Wx = componente del peso lungo la direzione del moto;
Ff = τ P L = forza d’attrito che si oppone al flusso fra le due sezioni;
Q = portata;
ρ = densità;
ΔVx = variazione di velocità nel passaggio da una sezione all’altra.
Tramite l’utilizzo di quest’equazione il programma è in grado di individuare e localizzare anche
risalti idraulici e in generale di risolvere situazioni in cui si verifichi il passaggio attraverso
l’altezza critica. Per quanto riguarda l’analisi idraulica attraverso i ponti, HEC-RAS permette di
scegliere fra vari metodi analitici per la risoluzione, senza che sia necessario variare i dati
geometrici. Per la scelta del metodo ideale il programma innanzi tutto distingue fra due tipi
diversi di situazione: low flow computations e high flow computations. Nel primo caso si ritiene
che la superficie di pelo libero si mantenga comunque sempre al di sotto dell’intradosso del
ponte; in tali condizioni i metodi di analisi disponibili sono:
- Equazione dell’energia;
- Equazione di equilibrio delle spinte;
- Equazione di Yarnell;
- Il metodo FHWA WSPRO.
Gli ultimi due metodi sono empirici e nel presente lavoro non sono stati utilizzati. Il metodo
dell’energia segue una procedura di calcolo sostanzialmente analoga a quella utilizzata per
alvei naturali, di cui abbiamo precedentemente parlato. Particolarmente influenti sui risultati
sono i valori attribuiti di coefficiente di Manning e a quelli di contrazione ed espansione.
Per quanto riguarda il metodo delle spinte, consiste nell’applicazione dell’equazione di bilancio
a ciascuno dei tre tronchi in cui viene considerato suddiviso il tratto attorno al ponte. Oltre ai
coefficienti di scabrezza, viene richiesto in questo caso anche il valore del coefficiente di Drag,
utilizzato nel calcolo della forza applicata alle pile del ponte dalla corrente. Anche questo
coefficiente è tabulato e dipende dalla forma delle pile stesse. Si osserva che, qualora il pelo
libero eguagli o superi l’intradosso del ponte, il risultato fornito dal presente metodo non è
considerato valido, in quanto si stabilirebbe così la condizione high flow, alla quale competono
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
19 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
altre procedure di calcolo. In questa condizione il programma prevede la possibilità di utilizzare
due metodi:
- metodo dell’energia;
- metodo del flusso in pressione e/o a stramazzo;
Il secondo metodo prevede due casi di flusso attraverso l’apertura del ponte: uno vale se
soltanto la parte a monte dell’intradosso è a contatto con l’acqua, l’altro se l’apertura è
completamente occupata dal flusso. Le equazioni utilizzate nei due casi sono diverse e
vengono scelte automaticamente dal programma.
dove:
Cd = coefficiente di portata per il flusso in pressione;
ABU = area netta dell’apertura del ponte a monte;
Y3 = altezza d’acqua sulla sezione a valle;
Z = distanza verticale dal fondo all’intradosso del ponte sulla sezione a monte;
Q = portata totale attraverso l’apertura.
dove:
C = coefficiente di portata per flusso in pressione che occupa interamente l’apertura del ponte
(il tipico valore è 0,8);
A = area netta dell’apertura del ponte;
H = differenza fra l’altezza della linea dei carichi a monte e l’altezza del pelo libero a valle.
Per la parte di flusso che supera la spalla del ponte, viene applicata l’equazione standard per le
luci a stramazzo:
dove:
Q = portata totale al di sopra dello stramazzo;
C = coefficiente di portata per le luci a stramazzo;
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
20 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
L = effettiva lunghezza dello stramazzo;
H = differenza fra la linea dei carichi e la spalla del ponte a monte.
Anche in caso di high flow è applicabile il metodo dell’energia con la stessa procedura del caso
low flow. La scelta diviene però obbligata quando l’altezza d’acqua sul ponte supera un certo
valore massimo oltre il quale non ha più senso parlare di stramazzo. In queste condizioni il
programma direttamente procede calcolando il livello a monte con il metodo dell’energia.
Criteri di schematizzazione trasversale delle sezioni
La sezione idraulica del corso d'acqua viene rappresentata geometricamente per punti. Al suo
interno si distinguono in generale tre zone (vedi figura successiva), che, adottando la
terminologia inglese, indichiamo con:
main channel = M.CHA. (canale principale);
left overbank = L.O. (golena sinistra);
right overbank = R.O. (golena destra);
Figura 6: Schema della suddivisione in sottosezioni
In ciascuna fascia vengono definite le scabrezze del fondo, che poi vengono composte al fine di
generare una scabrezza equivalente valida per l'intera sezione. Per ciascuna sottosezione si
determina la capacità di deflusso (portata per unità di pendenza1/2) in moto uniforme:
dove:
K [m3/s] = capacità di deflusso nella fascia;
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
21 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
n [s/m1/3].= scabrezza di Manning;
r [m] = raggio idraulico della fascia;
a [m2] = area della sezione bagnata della fascia.
Le perdite di carico per attrito sono calcolate attraverso la formula dove, è la pendenza
d’attrito media, pesata, del tratto, secondo la seguente formula:
dove K1, K2 rappresentano le capacità di deflusso totali delle sezioni estreme.
Criteri di schematizzazione trasversale dei ponti
Le routine di calcolo dei ponti e dei sottopassi utilizzano quattro sezioni trasversali per
calcolare le perdite di energia dovute alla struttura.
Figura 7: Localizzazione delle sezioni di riferimento per inserire un ponte
Sezione trasversale 1: è posizionata a valle della struttura ad una distanza tale che il flusso non
risenta della presenza della struttura stessa. La distanza dovrebbe essere valutata attraverso
un’indagine sul campo durante gli eventi di piena, oppure si può adottare la direttiva dell’USGS
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
22 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
che ha stabilito di posizionare la sezione 1 ad una distanza dal ponte pari circa alla luce del
ponte stesso. Tradizionalmente il criterio del Corps of Engineers è quello di posizionare la
sezione trasversale di valle a circa 4 volte la larghezza media della costrizione laterale causata
dalle spalle del ponte. In pratica questa distanza varia in funzione del grado e della forma della
costrizione, dell’entità della portata e della velocità della corrente; la cosa fondamentale è che
l’utente deve fare in modo che la distanza tra la sezione 1 e la sezione 2, no sia così grande da
impedire una corretta valutazione della perdita di energia. Se si pensa che l’espansione del
flusso richieda una grande distanza, allora devono essere inserite sezioni trasversali intermedie
tra la 1 e la 2, in modo da poter valutare correttamente la perdita di energia.
Sezione trasversale 2: è situata immediatamente a valle del ponte (ad esempio dopo qualche
decina di centimetri). Questa sezione trasversale raccoglie il flusso all’uscita del ponte.
Sezione trasversale 3: è situata appena a monte della struttura. La distanza tra la sezione 3 ed il
ponte deve essere relativamente piccola. Questa distanza dipende soltanto da quella
necessaria per le accelerazioni improvvise e per la contrazione del flusso che si verificano
nell’immediata vicinanza dell’imbocco. La sezione 3 raccoglie il flusso immediatamente a
monte della struttura.
Sezione trasversale 4: è posta a monte della struttura, in un tratto in cui le linee di flusso sono
approssimativamente parallele e l’area di flusso è costituita dall’intera area della sezione. In
generale le contrazioni del flusso si verificano su una minore distanza rispetto alle espansioni.
La distanza dovrebbe essere valutata attraverso un’indagine sul campo durante gli eventi di
piena, oppure si può adottare la direttiva dell’USGS che ha stabilito di posizionare la sezione 1
ad una distanza dal ponte pari a una volta la larghezza dell’apertura del ponte stesso.
Tradizionalmente il criterio del Corps of Engineers è quello di posizionare la sezione trasversale
di monte a una distanza pari a una volta la larghezza media della costrizione laterale causata
dalle spalle del ponte. In pratica questa distanza varia in funzione del grado e della forma della
costrizione, dell’entità della portata e della velocità della corrente. Durante i calcoli il
programma genera automaticamente due sezioni trasversali addizionali all’interno della
struttura del ponte. La geometria di queste sezioni è una combinazione della geometria delle
sezioni trasversali confinanti (2 e 3) e della geometria del ponte, definita tramite l’impalcato ed
eventualmente le spalle e/o le pile.
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
23 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Parametri di simulazione
Il principale obiettivo di HEC-RAS è calcolare i livelli idrici nelle sezioni di interesse per
determinati valori delle portate liquide. I dati necessari per assolvere questa funzione sono
divisi in due categorie:
- Dati geometrici;
- Dati di portata;
Dati geometrici (Geometric data)
Il dato geometrico di partenza è costituito da una rappresentazione planimetrica schematica
del tratto di fiume di interesse, utile per definire la connessione fra i vari rami del corso
d’acqua, i quali vengono caratterizzati da un identificatore convenzionale per questo i dati che
vengono inseriti successivamente, fanno riferimento ad uno specifico ramo. Il passo successivo
consiste nella definizione delle sezioni trasversali e della lunghezza di ciascun ramo; se nel
tratto di interesse del fiume sono presenti più rami, sono necessarie anche informazioni sulle
confluenze tra i vari rami. E' necessaria poi una caratterizzazione dei coefficienti che tengono
conto delle perdite di energia della corrente (perdite per attrito, perdite per contrazione ed
espansione del flusso); sono considerati dati geometrici, anche quelli riguardanti le opere
idrauliche presenti lungo il corso d’acqua (ponti, briglie, tratti intubati, et.).
Dati di portata (Unsteady data)
I dati di portata sono richiesti allo scopo di effettuare il calcolo della superficie del pelo libero
della corrente e consistono nel definire: un regime di flusso delle portate (di corrente veloce, di
corrente lenta, misto), le condizioni al contorno, i valori delle portate. Per quanto riguarda il
regime di flusso, il programma opera effettuando i calcoli del profilo a partire da una
determinata sezione di cui sono note le condizioni iniziali e procedendo con i calcoli a monte
della sezione, se il flusso è di corrente veloce, a valle se è di corrente lenta. Nel caso in cui il
flusso passi da corrente lenta a veloce o viceversa, il programma opererà in un regime di flusso
misto. Per quanto concerne le condizioni al contorno, in regime di corrente lenta, è richiesta
solo quella a valle del canale mentre se il regime è di corrente veloce, essa è necessaria solo a
monte. Nel caso di regime misto, le condizioni al contorno devono essere specificate per
entrambe le estremità del canale. La finestra per l'inserimento delle condizioni contiene una
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
24 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
tabella con l'elenco di tutti i rami. Le condizioni vengono imposte per ogni ramo. In
corrispondenza delle confluenze, le condizioni sono considerate come condizioni al contorno
interne e pertanto, vengono automaticamente riportate nella tabella, mentre quelle esterne
devono essere direttamente inserite dall'utente e scelte fra le quattro disponibili:
- Altezze del pelo libero note;
- Altezza critica;
- Altezza di moto uniforme;
- Curva di deflusso.
I valori di portata devono essere inseriti da monte verso valle per ciascun ramo. Una volta
inserito un valore di portata, il programma assume che esso rimanga costante fino a che non
incontra un diverso valore di portata lungo lo stesso ramo. Infatti, i valori di portata possono
essere diversi per ogni sezione lungo lo stesso ramo ad eccezione delle sezioni dei ponti, dei
tratti intubati o di quelle sulle confluenze.
Risultati della verifica in moto vario allo stato attuale
I risultati della verifica allo stato attuale sono riportati per esteso negli allegati idraulici e
mostrano il livello della piena bicentenaria, ottenuto dalla simulazione in moto vario.
Negli allegati idraulici dello stato attuale sono riportate, per eventi con Tr=200 anni:
- i livelli idrici nelle sezioni di verifica;
- il profilo del pelo libero;
- le tabelle di output del software Hec-Ras. 4.1.0 nel quale sono riportati tutti i parametri
caratteristici del deflusso, sezione per sezione.
Nei paragrafi successivi, tratto per tratto, sono state riportate le criticità locali e le aree
allagabili. Tali sezioni sono identificate dalla River Station (codice identificativo del software
Hec-Ras 4.1.0), che permetterà di individuare tali sezioni, sia nelle tavole allegate, sia negli
elaborati idraulici.
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
25 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
26 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Come si evince dalla simulazione, con portate di piena duecentennali si verificano importanti
fenomeni di esondazione sia in sinistra che in destra idraulica, che coinvolgono anche
abitazioni ed infrastrutture pubbliche e private. Le attuali arginature non risultano sufficienti.
0 50 100 150 200 250 300 35024
26
28
30
32
34
36
38
Papaniciaro Vasca Plan: StazionarioRiver = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.06
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Tr200
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 200 400 600 800 1000 1200 140022
24
26
28
30
32
34
36
38
40
Papaniciaro Vasca Plan: Stazionario
Main Channel Distance (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Tr200
Ground
Papaniciaro Torrente
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
27 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Figura 8: Aree allagate allo stato attuale - Tr = 200 anni
Progetto degli interventi
Attraverso una serie di sopralluoghi nell’area di studio, si è ritenuto di confermare l’areale per
la realizzazione della cassa. Nelle stime del progetto preliminare, con una quota di massimo
riempimento fissata a 33 m.s.l.m, la superficie allagata avrebbe potuto estendersi fino a circa
80.000 m2, con un volume di invaso di 120.000 m3. In realtà, già con le prime valutazioni
1.38
1.32
1.28 1.24
1.19
1.14 1.09
1.01
0.96
0.89
0.83
0.77
0.71
0.67
0.63
0.57 0.54
0.51
0.48
0.45
0.42 0.39
0.36
0.33
0.30
0.24
0.20
0.15
0.02
Papaniciaro Vasca Plan: Stazionario
Legend
WS Tr200
Ground
Bank Sta
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
28 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
topografiche, è stato possibile comprendere che tale volumetria poteva essere raggiunta solo
con lavori di scavo devastanti e diffusi sulle superfici asservite. La quota di invaso prevista,
infatti, consentiva di interessare un area corrispondente a circa 1/3 di quella stimata.
Si è ritenuto, pertanto, di innalzare la quota dello sbarramento di 2 metri, ottenendo con ciò
un notevole incremento delle superfici e della capacità della cassa. Introducendo le necessarie
opere di contenimento accessorie (arginature aggiuntive), è stato raggiunto un volume di
100.000 m3, prossimo all’obiettivo fissato nella progettazione preliminare.
In una prima fase è stato realizzato un modello digitale del terreno su base lidar, sulla scorta
del quale sono stati costruiti molteplici configurazioni di invaso; in seguito, per motivazioni di
carattere tecnico-economico che sono chiarite nel presente paragrafo, si è preferita la
soluzione della casse di espansione in linea, affidabile e meno costa rispetto alle alternative in
derivazione, con quota massima fissata a 35 ms.l.m. e sommità arginali a 36 m.s.l.m..
Questa soluzione è stata ritenuta ottimale in quanto garantisce un effetto laminativo
importante senza stravolgere il contesto ambientale a tergo dello sbarramento con scavi e
pesanti sistemazioni del terreno.
Per una visualizzazione grafica della localizzazione della cassa di espansione si rimanda alle
planimetrie dello stato di progetto. Nei paragrafi seguenti forniremo una breve descrizione
delle opere e degli interventi previsti tratto per tratto.
L’adeguamento del breve tratto di alveo a ridosso dello sbarramento è stato effettuato con
l’obiettivo di ricentrare l’alveo di magra ed ottenere un rallentamento delle portate defluenti
dalla cassa durante gli eventi di piena.
1.38
1.32
1.28 1.24
1.19
1.14 1.09
1.01
0.96
0.89
0.83
0.77
0.71
0.67
0.63
0.57 0.54
0.51
0.48
0.45
0.42 0.39
0.36
0.33
0.30
0.24
0.20
0.15
0.02
Papaniciaro Vasca Plan: Vario 200
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
Levee
Ineff
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
29 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Figura 9: Aree allagabili di progetto - Tr = 200 anni
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
30 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Verifica idraulica dello stato di progetto
Nel corso della fase crescente dell’evento di piena, al di sopra di certe portate limite, la sezione
di controllo “bocca tarata”, determina un azione di rigurgito. La portata rilasciata a valle è
quindi inferiore di quella in arrivo da monte: i volumi d’acqua in eccesso vengono
conseguentemente ritenuti nell’invaso. Nella fase terminale dell’evento l’inizio dello
svuotamento si ha quando le portate in arrivo si riducono fino a essere superate da quelle in
uscita. Il dimensionamento ottimale della “bocca tarata” consente di impegnare per l’evento di
progetto più gravoso l’intero volume di laminazione disponibile. Generalmente si distinguono
due tipi di funzionamento della bocca:
- Efflusso a pelo libero: corrisponde al caso in cui le portate in arrivo da monte sono
ridotte e l’invaso a monte è ancora vuoto. In questa condizione la presenza della bocca
non produce effetti sensibili sul deflusso in alveo (non si ha rigurgito né quindi
laminazione). Il valore limite di portata al di sotto del quale si ha questa condizione di
funzionamento dipende, oltre che dalle caratteristiche geometriche della sezione di
efflusso, anche dalle caratteristiche idrauliche dei due tratti di alveo immediatamente a
monte e a valle della sezione stessa.
- Efflusso a battente : si innesca quando la portata in arrivo alla sezione della bocca
supera il valore limite indicato al punto precedente. In questo caso il livello dell’invaso a
monte raggiunge e supera il lato superiore della luce di scarico e il conseguente
rigurgito del manufatto comporta l’inizio dell’allagamento delle aree fuori alveo. Le
portate che defluiscono a valle, in questa condizione, dipendono: dalle caratteristiche
geometriche della luce di scarico; dal battente idraulico e dalle caratteristiche
idrauliche della corrente a valle della luce. Il predimensionamento adottato ha
ipotizzato che le condizioni di valle siano tali da non condizionare il deflusso dalla luce;
conseguentemente l’espressione analitica adottata per la simulazione del deflusso dalla
bocca in questa condizione è quella consueta per il moto attraverso le luci a battente
"non rigurgitate".
La relazione analitica impiegata per l’efflusso a battente dalla bocca è pertanto del tipo:
dove:
Ω = area della luce;
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
31 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
h = carico medio sul baricentro della sezione (funzione del livello di invaso);
μ = coefficiente di deflusso adimensionale
La cassa di espansione a bocca tarata è stata modellata attraverso il software Hec. Ras. 4.1.0
con l’introduzione di due elementi:
- elemento storage areas, descritto dalla curva di invaso che si instaura a monte del manufatto
di regolazione delle portate;
- elemento inline structure+culvert, utilizzato per descrivere il paramento di valle della cassa di
espansione e la sezione della bocca tarata.
Come già esplicitato nei paragrafi precedenti, essendo la cassa inserita in uno schema generale
di sistemazione del torrente che comprende, tra l’altro, la realizzazione di ulteriore importante
opera di laminazione a monte, considerati i vincoli di natura ambientale ed economica, nel
dimensionamento degli organi di regolazione e delle sezioni immediatamente a valle si è
perseguito l’obiettivo di massimizzare la capacità di invaso, adottando accorgimenti costruttivi
che permetteranno di adeguare velocemente le strategie di rilascio delle portate in uscita
allorquando l’ultimazione degli altri interventi citati modificherà le condizioni al contorno
(idrogrammi in ingresso); da tali considerazioni discende che l’opera progettata contribuisce
alla messa in sicurezza dei tratti vallivi, rispetto a eventi critici bicentenari, in proporzione alla
sua volumetria, ma che l’annullamento del rischio non potrà dipendere esclusivamente dalla
sua realizzazione.
Dal punto di vista modellistico, le strutture in linea sono state simulate attraverso il metodo
dell’energia e non sono stati modellati in pressione, poiché grazie al franco di sicurezza
(sempre superiore al metro) sull’evento con Tr=200 anni, non si raggiungono mai nell’evento di
progetto considerato le condizioni che innescano il funzionamento in pressione degli
attraversamenti e degli organi di sfioro.
La realizzazione della cassa di espansione a bocca tarata mitiga il rischio per l’intero tratto a
valle del Papaniciaro. A partire dallo sbarramento, con piena duecentennale viene rilasciata
verso valle una portata massima di circa 95 mc/s, dunque molto inferiore alla massima attuale
di 164 mc/s, come ricavata dagli studi precedenti relativi all’officiosità del reticolo.
In seguito all’intervento si rendono necessarie solo modestissime opere, tra cui un breve tratto
di arginature in sinistra idraulica a salvaguardia delle infrastrutture stradali.
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
32 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
I maggiori volumi immagazzinabili dalle opere di laminazione, rispetto a quelli previsti dalle
precedenti progettazioni, consentono garanzie superiori in quanto alla messa in sicurezza del
reticolo a valle. Il criterio adottato nel dimensionamento delle casse di espansione, fra cui
l’abbassamento della quota massima di invaso ed il contemporaneo aumento del volume di
laminazione (grazie ai maggiori scavi), consente una sostanziale ottimizzazione del sistema di
difesa attiva. Lo sfioro si innesca a circa 2,5 ore dall’inizio dell’evento di piena con Tr = 200
anni, ma il suo funzionamento è garantito anche con piena cinquecentennale.
Figura 10: Sbarrameno – Vista 3d
0 200 400 600 800 1000 1200 140022
24
26
28
30
32
34
36
38
Papaniciaro Vasca Plan: Vario 200
Main Channel Distance (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS 22SEP2008 1200
Ground
Left Levee
Papaniciaro Torrente
1.38
1.32
1.28
1.24
1.19
1.14
1.09
1.01
0.96
0.83
0.77
0.67
0.63 0.60
0.54
0.48
0.45
0.42
0.39
0.33
0.30
0.24
0.20
Papaniciaro Vasca Plan: Vario 200
Legend
WS 22SEP2008 1200
Ground
Bank Sta
Levee
Ineff
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
33 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Figura 11: Sbarramento – Sezione
Figura 12: Idrogramma e tirante a monte dello sbarramento
Figura 13: Idrogramma a valle dello sbarramento
40 60 80 100 120 140 160 180
30
35
40
45
50
Papaniciaro Vasca Plan: Vario 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.58 IS Sbarramento Cassa
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS 22SEP2008 1400
WS 22SEP2008 1800
Ground
Levee
Ineff
Bank Sta
.04 .035 .035 .04
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 180022Sep2008
29
30
31
32
33
34
35
36
-20
0
20
40
60
80
100
Plan: Vario 200 River: Papaniciaro Reach: Torrente RS: 0.60
Time
Sta
ge
(m
)
Flo
w (
m3
/s)
Legend
Stage
Flow
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 180022Sep2008
-20
0
20
40
60
80
100
Plan: Vario 200 River: Papaniciaro Reach: Torrente RS: 0.54
Time
Flo
w (
m3
/s)
Legend
Flow
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
34 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Confronto tra stato attuale e stato di progetto
Il confronto tra stato attuale e stato di progetto può essere mostrato attraverso alcuni
indicatori di riferimento:
1) dal punto di vista grafico attraverso un confronto tra le planimetrie delle aree allagabili allo
stato attuale e allo stato di progetto, che mostra ad esempio, come le abitazioni siano
mantenute in sicurezza allo stato di progetto;
2) dal confronto tra l’idrogramma in uscita dalla cassa (figure 14-15) valutato allo stato attuale
e allo stato di progetto, dove si nota come allo stato attuale transita una portata di 164 mc/s,
mentre allo stato di progetto la portata in transito è di circa 95 mc/s, con una riduzione
percentuale delle portate del 42%.
3) dal confronto tra i franchi di sicurezza tra stato attuale e stato di progetto su
attraversamenti e sezioni a valle degli interventi previsti. A scopo di sintesi negli allegati si
riporta un confronto tra i franchi di sicurezza allo stato attuale e allo stato di progetto che si
riscontrano rispetto alla sommità delle arginature.
Dimensionamento dei manufatti di sfioro
Come per la bocca a battente, i manufatti di sfioro sono stati modellati attraverso il software
Hec. Ras. 4.1.0 mediante l’introduzione di due elementi:
- inline structure weir station elevation editor, descritto da una depressione della geometria
che descrive il coronamento dello sbarramento;
- elemento gate, utilizzato per descrivere la sezione della bocca tarata nel paramento della
cassa di espansione.
Nello specifico sono stati adottati stramazzi rettangolari a più luci ricavati nel corpo dello
sbarramento. La superficie di scorrimento è stata opportunamente sagomata con profilo
Creager-Scimemi onde consentire un migliore efflusso verso il canale di gronda.
La legge generale d’efflusso da uno stramazzo ad asse rettilineo non rigurgitato vale:
Dove:
Q = porata sfiorata;
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
35 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
h = innalzamento del pelo libero indisturbato del serbatoio misurato a partire dal punto più
elevato del ciglio sfiorante;
Le = lunghezza efficace dello sfioratore;
μ = coefficiente d’efflusso.
La portata di piena di progetto degli scarichi di superficie e di tutte le altre opere connesse
viene assunta pari alla portata naturale di piena del bacino sotteso dallo sbarramento, valutata
con riferimento ad un tempo di ritorno di 500 anni e tenendo conto dell’effetto di laminazione
svolto dall’invaso.
Per il tracciamento del profilo standard si utilizza l’equazione:
Figura 14: Profilo Creager-Scimemi
Sfioratore
sbarramento a
monte
Sfioratore
sbarramento a
valle
Q 119.06 156.83
μ 0.48 0.48
h 1.50 1.50
Le 30.48 40.15
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
36 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
La restituzione delle portate scaricate è stata prevista con canale evacuatore opportunamente
raccordato al torrente, in modo da evitare scalzamenti o comunque comportamenti dinamici
della corrente non corretti al piede del corpo dello sbarramento, nonché erosioni pericolose
dell’alveo. Esso sarà realizzato con sezione rivestita in cls nella zona dello sfioratore, per poi
passare ad una sezione rivestita a gabbioni rinverditi per la maggior parte del tracciato, così da
minimizzare l’impatto dell’opera.
Il canale evacuatore avrà sezione trapezoidale con le dimensioni indicate nelle figure
successive. Si effettua pertanto la verifica idraulica ed al trascinamento dei canali da realizzarsi
a servizio dello sbarramento.
Il calcolo della resistenza all’erosione delle sezioni viene eseguita calcolando la velocità
della corrente e gli sforzi tangenziali prodotti dalla corrente e controllando se il materiale
che costituisce il letto del fiume può resistere senza subire danni permanenti. Per le
verifiche seguenti si adotterà il “metodo delle tensioni di trascinamento”. Ai fini della
valutazione degli effetti antierosivi è necessario che lo sforzo tangenziale effettivo prodotto
dalla corrente in ciascun punto della sezione sia minore dello sforzo tangenziale massimo
agente sulla superficie del canale. Il metodo delle tensioni di trascinamento asserisce che
se lo sforzo tangenziale effettivo è maggiore dello sforzo tangenziale massimo tollerabile
dalla superficie avviene un trasporto dinamico delle sostanze colloidali e successivamente
del materiale più grossolano. L’erosione crea instabilità su un tratto di sezione e
successivamente progredisce interessando aree più estese. Gli sforzi tangenziali effettivi
vengono calcolati utilizzando i criteri idraulici convenzionali. Gli sforzi tangenziali massimi
tollerabili dipendono dal tipo di protezione e dalla loro resistenza alla corrente. Lo sforzo
x y x y
0 0,00 2,75 2,14
0,25 0,03 3 2,51
0,5 0,10 3,25 2,90
0,75 0,21 3,5 3,31
1 0,35 3,75 3,75
1,25 0,52 4 4,21
1,5 0,72 4,25 4,69
1,75 0,95 4,5 5,20
2 1,21 4,75 5,73
2,25 1,49 5 6,29
2,5 1,81
Profilo Standard
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
37 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
tangenziale effettivo agente su ogni punto della superficie del canale viene calcolato usando
la seguente formula:
τb = k1 k2 γw yi ifiume
dove
k1 = coefficiente di curvatura (maggiore di 1 solamente per punti situati su tratti pendenti
esterni di argini curvi). In questo caso i valori suggeriti vengono riportati nella tabella 1;
k2 = coefficiente angolare (1 per punti situati su superfici orizzontali, 0.75 per superfici
inclinate);
γw = peso specifico dell’acqua;
yi = livello dell’acqua nel punto considerato;
ifiume = pendenza dell’alveo lungo il tratto preso in esame;
Nel coefficiente k1 viene considerato un incremento di sforzo tangenziale sulla sponda
esterna di un tratto in curva come conseguenza dell’accelerazione centrifuga. I valori del
coefficiente k1 sono riportati nella letteratura e dipendono dalla curvatura e dalla larghezza
del corso d’acqua.
Poiché il valore dello sforzo di taglio effettivo varia in funzione dell’altezza del livello
dell’acqua nel punto di rilevamento yi, si calcola il valore per ciascun segmento della
sezione nel suo punto più basso. Per i valori di resistenza agli sforzi tangenziali e scabrezza
dei materiali in sito e di progetto si è fatto riferimento a quelli reperibili in letteratura:
Raggio di curvatura / Larghezza W.S.
k1 (coefficiente di curvatura)
8.0 1.2
6.0 1.4
4.5 1.6
3.2 1.8
2.0 2.0
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
38 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Nella tabella seguente vengono invece riportate le velocità limite e i valori degli angoli di
attrito nel caso che sulle sponde venga utilizzato un materiale di rivestimento. Le prime
vengono utilizzate per stabilire se la velocità sotto l’opera di rivestimento è al disotto della
soglia di erodibilità del suolo. L’angolo di attrito viene fornito per compararlo con quello del
terreno, se quest’ultimo è maggiore sono necessarie indagini geotecniche per prevenire
fenomeni di instabilità.
Per quanto riguarda i materassi Reno e i Gabbioni privi di vegetazione, le ricerche condotte
dal Engineering Research Center in Fort Collins, Colorado (1984), hanno portato a calcolare
gli sforzi tangenziali utilizzando la seguente formula:
τc = Ks C* (γs – γw) dm
dove
C* Coefficiente di Shields (0.14)
γs Peso specifico delle rocce di riempimento (24-26 kN/m3)
γw Peso specifico dell’acqua
dm Diametro medio delle rocce di riempimento
Ks (1 – sin2θ/ sin2φ)1/2 [θ angle of bank slope, φ = 60°]
Non vegetato Vegetato
Scabrezza Sforzo tollerato
N/m2 Scabrezza Sforzo tollerato
N/m2 Sabbia fine 0.0200 3.50 N/A N/A Sabbia e ghiaia 0.0200 15.30 N/A N/A Ghiaia grossolana 0.0250 32.00 N/A N/A Ciottoli e ghiaia 0.0350 52.60 N/A N/A Argilla coesiva (coesiva) 0.0250 22.00 N/A N/A Argilla friabile (coesiva) 0.0250 32.00 N/A N/A Limo e ciottoli (coesivi) 0.0300 38.00 N/A N/A Ciottoli erbosi 0.0400 10.00 0.050 30.00 Talee – Arbusti 0.1000 10.00 0.400 60.00 Copertura diffusa 0.1000 50.00 0.400 300.00 Viminate – Graticciate 0.1000 10.00 0.400 50.00 Ribalta viva 0.1000 20.00 0.400 100.00 Gabbioni 0.50m (18") 0.0301 470.40 0.200 500.00 Gabbioni 1.00m (36") 0.0301 470.40 0.200 500.00 Materasso Reno 0.15-0.17m (6") 0.0277 224.00 0.300 400.00 Materasso Reno 0.23-0.25m (9") 0.0277 268.80 0.300 450.00 Materasso Reno 0.30m (12") 0.0277 336.00 0.300 450.00 Riprap/Rock Wall 0.0400 300.80 0.400 350.00 Blocchetti in cemento 0.0200 250.00 0.300 350.00
Tipo di suolo Velocità limite (m/s) Angolo di attrito suggerito (gradi)
Sabbia fine 0.760 30 – 32
Sabbia e ghiaia 1.500 32 – 35
Ghiaia grossolana 1.800 35 – 38
Ciottoli e ghiaia 1.670 35 – 38
Argilla e crostoni di argilla (coesivi) 1.800 25 – 30
Limo e ciottoli (coesivi) 1.670 20 – 30
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
39 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Sulle sponde l’effetto di confinamento della rete sul pietrame incrementerà la sua
resistenza agli sforzi tangenziali, ciò non accade per il materiale sciolto poiché la forza di
gravità ridurrà la resistenza agli sforzi tangenziali sul piano inclinato. Di conseguenza la
resistenza allo sforzo tangenziale su superfici inclinate verrà calcolata utilizzando un
coefficiente convenzionale di riduzione Ks per il materiale sciolto, assumendo un angolo
fittizio di 60° per il materiale confinato (gabbioni e materassi Reno). Nel caso in cui
l’inclinazione degli argini sia maggiore di 45° (θ > 45°) il fattore di riduzione verrà
considerato costante (Ks = 0.57).
In caso di utilizzo di rivestimenti flessibili (gabbioni, materassi Reno, riprap, blocchetti di
cemento) si predisporrà un filtro (costituito di ghiaia o tessuto) sulla superficie di contatto
tra il suolo e il rivestimento. Questa ulteriore protezione impedisce al rivestimento di
abbassarsi o di affondare a causa dell’erosione. Le verifiche considerano pertanto gli effetti
dell’erosione calcolando la velocità sull’interfaccia tra il rivestimento e il terreno sottostante
mediante la seguente formula:
Vb = nfilter-1 (dm/2)2/3 if
1/2
dove nfilter è il coefficiente di scabrezza del fondo ed è pari a 0.02 per un filtro di tessuto, o
0.025 per un filtro di ghiaia sotto il rivestimento.
La velocità Vb deve essere paragonata con la velocità Ve quella sull’interfaccia con il
materiale di base.
Quando si utilizza un geotessile sotto il rivestimento, la velocità del flusso che passa
attraverso il geotessile diminuisce. La diminuzione è in funzione dello spessore dello
spessore del filtro. Nello specifico si considera che all’interfaccia col suolo essa è 1/3 di Vb.
Se la velocità sotto l’opera di rivestimento è ancora maggiore di quella consentita, si utilizza
un ulteriore filtro in ghiaia. Le norme generali indicano che il filtro in ghiaia abbia uno
spessore compreso tra 0.15 m (6”) e 0.20 m (9”) e sia più grande di:
S = dv / f (1 – (Ve/Vb)2)
dove
f Coefficiente di Darcy-Weisbach (può essere assunto f = 0.05);
dv diametro equivalente dei vuoti (assunto pari a 1/5 delle dimensioni medie delle
particelle del filtro).
Diam. (d50) m Spessore m s kN/m3 w kN/m3 C Shields Gabbioni 0.50m (18") 0.210 0.50 26.00 10.00 0.140 Gabbioni 1.00m (36") 0.300 1.00 26.00 10.00 0.140 Materasso Reno 0.15-0.17m (6") 0.100 0.17 26.00 10.00 0.140 Materasso Reno 0.23-0.25m (9") 0.120 0.20 26.00 10.00 0.140 Materasso Reno 0.30m (12") 0.150 0.25 26.00 10.00 0.140
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
40 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Canale evacuatore
80 100 120 140 160 18025
30
35
40
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.51
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
0.2 m/s
0.4 m/s
0.6 m/s
0.8 m/s
1.0 m/s
1.2 m/s
1.4 m/s
Ground
Levee
Bank Sta
.04 .04
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
41 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Raccomandazioni e criteri di manutenzione delle casse di espansione
Il complesso di opere idrauliche illustrato nella presente relazione è stato pensato con la
finalità di garantire che tutti i processi di invaso e di svaso simulati si realizzino in completo
automatismo. È tuttavia opportuno prevedere una serie di piccoli interventi di manutenzione
programmata, mentre alcuni interventi di manutenzione straordinaria saranno prevedibili in
occasione di eventi che determinino l’allagamento delle zone di invaso.
Manutenzione ordinaria
ARGINI: si prevedono interventi periodici di manutenzione sulle opere arginali (pulizia dei
paramenti dalla vegetazione, eventuali riprese di quote ecc.);
BOCCA TARATA E SOGLIA SFIORANTE DI TROPPO PIENO: l’area della soglia sfiorante, nonché il
tratto di sponda ad essa prospiciente dovranno essere oggetto di periodica pulizia per
l’eliminazione di vegetazione alta o di corpi estranei che potrebbero condizionare il deflusso
sulla soglia verso l’area di invaso.
Manutenzione straordinaria
A seguito degli eventi di piena che determinino l’alluvionamento delle aree di espansione si
prevedono piccoli interventi di ripristino. In particolare:
ZONE DI INVASO: si dovrà provvedere alla pulizia delle aree alluvionate a uso non strettamente
agricola (viabilità campestre ecc..);
MANUFATTI IDRAULICI: si prevede la pulizia delle sezioni dei manufatti dal materiale flottante
eventualmente intercettato durante l’evento. Analogo intervento dovrà essere attuato per le
opere di intercettazione appositamente realizzate.
ALVEI: per le opere ubicate sui vari torrenti, i rilevati arginali corrono spesso parallelamente
alla linea di sponda del fiume. Non si esclude pertanto che, durante l’esercizio delle opere, si
rendano necessari interventi di protezione spondale finalizzati al ripristino e al mantenimento
dell’originario ciglio di sponda.
Conclusioni
Lo studio idrologico-idraulico condotto sull’intero bacino del torrente Papaniciaro è stato
finalizzato all’analisi delle condizioni di rischio idraulico presenti allo stato attuale lungo l’asta
principale del torrente e al conseguente progetto definitivo per la realizzazione di una serie di
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
42 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
casse di espansione finalizzate alla riduzione delle portate di piena nel tratto di valle del
bacino. Nel progetto sviluppato, assieme all’individuazione di una serie di opere di difesa attiva
del territorio, che concorrono alla diminuzione delle condizioni di rischio nei territori a valle
delle stesse, sono stati proposti anche modesti interventi sulle sezioni in alveo.
infatti, al fine di salvaguardare il torrente da fenomeni erosivi, sono stati previsti alcuni tratti di
risagomatura del torrente.
Tutte le verifiche sono state effettuate nell’ipotesi di eventi con ricorrenza duecentennale, a
meno dei dimensionamento delle opere di sfioro (Tr = 500 anni). Le opere individuate nel
progetto sono state localizzate in base a una serie di sopralluoghi in sito, atti a valutare
l’effettiva realizzabilità in termini costruttivi ed economici delle opere stesse. Le verifiche
idrauliche hanno mostrato come nello scenario di progetto, la riduzione del picco di piena e
l’aumento del tempo di corrivazione determinano notevoli benefici (messa in sicurezza di
sezioni critiche immediatamente a valle degli interventi).
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
43 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Allegato 1 – Bacini Idrografici
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
44 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
45 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Allegato 2 – Verifiche in moto vario Stato Attuale – Tabulati, Profilo e
Sezioni
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
46 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Reach River Sta Profile Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl Hydr Depth
(m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) (m)
Papaniciaro 1.38 Max WS 161 35.29 39.19 39.34 0.002221 2.37 106.7 86.41 0.44 1.23
Papaniciaro 1.32 Max WS 156 34.56 39.16 39.24 0.000769 1.67 158.2 147.34 0.29 1.07
Papaniciaro 1.28 Max WS 148.04 34 39.12 39.22 0.000925 1.95 157.75 156.25 0.3 1.01
Papaniciaro 1.24 Max WS 138.4 33.81 39.15 39.17 0.00032 1.04 224.35 147.49 0.16 1.52
Papaniciaro 1.19 Max WS 127.84 33.75 39.15 39.16 0.000113 0.74 284.73 143.92 0.11 1.98
Papaniciaro 1.14 Max WS 117.39 33.59 39.15 39.16 0.000092 0.71 282.12 134.95 0.1 2.09
Papaniciaro 1.09 Max WS 117.97 33.08 35.41 36.1 37.8 0.033983 7.4 22.36 35.55 1.68 0.63
Papaniciaro 1.06 Max WS 117.52 32.15 35.82 35.93 0.001157 1.81 94.19 68.05 0.33 1.38
Papaniciaro 1.01 Max WS 117.13 32 35.81 35.88 0.000861 1.52 114.12 82.09 0.28 1.39
Papaniciaro 0.96 Max WS 113.92 31.39 34 34.45 35.18 0.017861 5.22 28.51 38.11 1.22 0.75
Papaniciaro 0.89 Max WS 111.45 31.05 34.01 34.07 0.000729 1.33 114.56 104.15 0.28 1.1
Papaniciaro 0.83 Max WS 107.97 30.52 33.96 34.03 0.000795 1.55 108.17 81.8 0.29 1.32
Papaniciaro 0.77 Max WS 87.28 30.11 33.31 33.42 0.001225 1.73 73.98 72.18 0.35 1.02
Papaniciaro 0.71 Max WS 116.42 29.01 33.25 33.28 0.000324 1.08 180.99 125.88 0.19 1.44
Papaniciaro 0.67 Max WS 114.18 28.4 33.26 33.26 0.000044 0.35 337.71 141.07 0.07 2.39
Papaniciaro 0.63 Max WS 112.37 28.15 33.24 33.27 0.000183 0.96 189.7 104.4 0.15 1.82
Papaniciaro 0.6 Max WS 111.08 27.77 33.23 33.26 0.000161 0.96 187.57 104.93 0.14 1.79
Papaniciaro 0.57 Max WS 109.6 27.29 33.23 33.26 0.000148 0.95 216.31 129.64 0.13 1.67
Papaniciaro 0.54 Max WS 108.27 26.81 33.24 33.25 0.000038 0.52 308.86 144.03 0.07 2.14
Papaniciaro 0.51 Max WS 106.71 26.54 33.24 33.25 0.00006 0.65 276.72 128.27 0.09 2.16
Papaniciaro 0.48 Max WS 52.33 26.7 28.93 28.88 29.59 0.010094 3.6 14.86 11.18 0.91 1.33
Papaniciaro 0.45 Max WS 105.95 26.33 29.38 29.51 30.1 0.009185 3.96 32.2 29.6 0.88 1.09
Papaniciaro 0.42 Max WS 105.91 26.14 29.51 29.82 0.003699 2.84 53.5 52.61 0.6 1.02
Papaniciaro 0.39 Max WS 105.86 25.91 29.42 29.71 0.002179 2.38 47.92 39.58 0.46 1.21
Papaniciaro 0.36 Max WS 105.83 25.78 29.22 29.14 29.67 0.004318 3.16 44.53 51.91 0.64 0.86
Papaniciaro 0.33 Max WS 105.82 26.06 29.18 29.49 0.00477 2.98 51.3 53.72 0.66 0.95
Papaniciaro 0.3 Max WS 105.81 25.87 29.19 29.35 0.002101 2.21 72.22 63.94 0.45 1.13
Papaniciaro 0.24 Max WS 105.73 24.88 28.27 28.58 29.19 0.0152 4.99 33.27 55.76 1.05 0.6
Papaniciaro 0.2 Max WS 105.61 24.59 28.32 28.46 0.002435 2.07 79.1 94.11 0.45 0.84
Papaniciaro 0.15 Max WS 105.49 24.41 27.57 27.87 28.46 0.013502 4.69 37.01 80.3 1.05 0.46
Papaniciaro 0.06 Max WS 105.2 24.11 27.13 27.38 0.005309 2.88 62.53 92.5 0.63 0.68
Papaniciaro 0.02 Max WS 105.05 23.93 26.61 26.72 27.08 0.010279 3.77 44.57 69.32 0.91 0.64
Torrente
1.38
1.321.28
1.24 1.19 1.14 1.091.01
0.96
0.890.83
0.77
0.71
0.67
0.63
0.57
0.54
0.51
0.48
0.45
0.42
0.36
0.33
0.30
0.24
0.20
0.15
0.02
Pap an i c i ar o
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
47 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
1.38
1.32
1.28 1.24
1.19
1.14
1.09
1.01
0.96
0.89
0.83
0.77
0.67
0.63 0.60
0.54 0.51
0.45
0.42 0.39
0.33
0.30
0.24
0.20
0.02
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
0 200 400 600 800 1000 1200 140022
24
26
28
30
32
34
36
38
40
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200
Main Channel Distance (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Papaniciaro Torrente
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
48 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
0 50 100 150 200 25034
36
38
40
42
44
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 1.38
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 30032
34
36
38
40
42
44
46
48
50
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 1.24
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 30030
35
40
45
50
55
60
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 1.14
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
49 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
0 50 100 150 200 250 30030
35
40
45
50
55
60
65
70
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 1.06
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 300 35030
40
50
60
70
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.83
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 300 35020
30
40
50
60
70
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.67
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
50 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
55
60
65
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.60
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
55
60
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.57
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
55
60
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.54
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
51 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
55
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.51
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
55
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.48
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.42
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
52 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.36
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 300 35024
26
28
30
32
34
36
38
40
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.30
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 300 35024
26
28
30
32
34
36
38
Papaniciaro Vasca Plan: Attuale 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.06
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
53 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Allegato 3 – Verifiche in moto vario Progetto – Tabulati, Profilo e Sezioni
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
54 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
Reach River Sta Profile Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl Hydr Depth
(m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m) (m)
Papaniciaro 1.38 Max WS 161 35.29 39.62 39.69 0.000961 1.7 145.87 97.07 0.3 1.5
Papaniciaro 1.32 Max WS 153.52 34.56 39.61 39.65 0.000334 1.19 229.13 161.32 0.19 1.42
Papaniciaro 1.28 Max WS 146.95 34 39.6 39.64 0.000337 1.27 240.92 188.28 0.19 1.28
Papaniciaro 1.24 Max WS 140.73 33.81 39.61 39.62 0.000156 0.78 295.25 163.61 0.12 1.8
Papaniciaro 1.19 Max WS 133.4 33.75 39.61 39.62 0.000067 0.61 351.48 149.36 0.09 2.35
Papaniciaro 1.14 Max WS 126.37 33.59 39.6 39.61 0.000059 0.6 344.73 138.65 0.08 2.49
Papaniciaro 1.09 Max WS 95.16 33.08 35.82 35.96 36.34 0.007168 3.84 40.05 52.69 0.79 0.76
Papaniciaro 1.06 Max WS 160.51 32.15 35.97 36.14 0.001711 2.28 105.07 75.04 0.41 1.4
Papaniciaro 1.01 Max WS 157.8 32 35.96 36.06 0.0012 1.85 126.9 86.23 0.34 1.47
Papaniciaro 0.96 Max WS 153.78 31.39 35.95 36.01 0.000601 1.54 166.84 105.87 0.25 1.58
Papaniciaro 0.89 Max WS 146.94 31.05 35.96 35.97 0.000054 0.54 425.57 191.57 0.08 2.22
Papaniciaro 0.83 Max WS 139.21 30.52 35.96 35.97 0.000074 0.67 339.66 143.9 0.1 2.36
Papaniciaro 0.77 Max WS 131.95 30.11 35.95 35.96 0.00005 0.56 364.25 138.29 0.08 2.63
Papaniciaro 0.71 Max WS 122.33 29.01 35.96 35.96 0.000014 0.33 552.36 151.58 0.04 3.64
Papaniciaro 0.67 Max WS 114.94 29.1 35.96 35.96 0.000007 0.21 664.32 160.4 0.03 4.14
Papaniciaro 0.63 Max WS 107.46 29.05 35.96 35.96 0.000009 0.26 570.45 160.54 0.03 3.55
Papaniciaro 0.6 Max WS 99.59 29 35.95 32.02 35.97 0.000051 0.61 175.5 146.02 0.08 5.01
Papaniciaro 0.58 Inl Struct
Papaniciaro 0.57 Max WS 97.28 28.5 29.37 29.53 30.03 0.026902 3.61 26.95 33.67 1.29 0.8
Papaniciaro 0.54 Max WS 97.24 27.5 29.46 29.59 0.0018 1.55 62.76 33.93 0.36 1.85
Papaniciaro 0.51 Max WS 97.19 27.12 29.46 29.54 0.000969 1.28 76.31 36.68 0.27 2.08
Papaniciaro 0.48 Max WS 97.05 26.81 29.46 29.53 0.000621 1.12 87.76 37.3 0.22 2.35
Papaniciaro 0.45 Max WS 96.79 26.5 29.46 29.51 0.000416 0.99 99.44 37.8 0.19 2.63
Papaniciaro 0.42 Max WS 96.59 26.18 29.47 29.5 0.000192 0.73 153.23 67.36 0.13 2.27
Papaniciaro 0.39 Max WS 96.51 25.91 29.46 29.49 0.000219 0.82 122.41 50.85 0.14 2.41
Papaniciaro 0.36 Max WS 96.45 25.78 29.17 28.61 29.58 0.003926 2.98 42.38 50.48 0.6 0.84
Papaniciaro 0.33 Max WS 96.42 26.06 29.13 29.42 0.0045 2.85 48.81 52.92 0.64 0.92
Papaniciaro 0.3 Max WS 96.4 25.87 29.14 29.29 0.001934 2.1 69.19 62 0.43 1.12
Papaniciaro 0.24 Max WS 96.26 24.88 28.2 28.54 29.17 0.015903 5 29.55 50.73 1.06 0.58
Papaniciaro 0.2 Max WS 96.08 24.59 28.27 28.39 0.002316 1.98 74.09 84.35 0.44 0.88
Papaniciaro 0.15 Max WS 95.83 24.41 27.5 27.83 28.45 0.014227 4.71 31.82 74.5 1.07 0.43
Papaniciaro 0.06 Max WS 94.93 24.11 27.07 27.32 0.005433 2.86 56.85 89.52 0.64 0.64
Papaniciaro 0.02 Max WS 94.45 23.93 26.55 26.66 27.01 0.010096 3.66 40.72 66.07 0.9 0.62
Torrente
1.38
1.321.28
1.24 1.19 1.14 1.09 1.010.96
0.890.83
0.77
0.71
0.67
0.63
0.58
0.54
0.51
0.48
0.45
0.42
0.36
0.33
0.30
0.24
0.20
0.15
0.02
Pap an i c i ar o
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
55 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
1.38
1.32
1.28 1.24
1.19
1.14
1.09
1.01
0.96
0.89
0.83
0.77
0.67
0.63 0.60
0.54 0.51
0.45
0.42 0.39
0.33
0.30
0.24
0.20
0.02
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
Levee
Ineff
0 200 400 600 800 1000 1200 140022
24
26
28
30
32
34
36
38
40
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200
Main Channel Distance (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Left Levee
Papaniciaro Torrente
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
56 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
0 50 100 150 200 25034
36
38
40
42
44
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 1.38
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 30032
34
36
38
40
42
44
46
48
50
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 1.24
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 30030
35
40
45
50
55
60
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 1.14
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
57 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
0 50 100 150 200 250 300 35030
32
34
36
38
40
42
44
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.96
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 30030
40
50
60
70
80
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.77
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Levee
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 300 35020
30
40
50
60
70
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.71
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Levee
Bank Sta
.04 .035 .04
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
58 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
0 50 100 150 200 250 300 35025
30
35
40
45
50
55
60
65
70
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.67
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Levee
Bank Sta
.04 .035 .035 .04
0 50 100 150 200 250 300 35025
30
35
40
45
50
55
60
65
70
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.63
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Levee
Bank Sta
.04 .035 .035 .04
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
55
60
65
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.60
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Levee
Ineff
Bank Sta
.04 .035 .035 .04
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
59 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
55
60
65
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.58 IS Sbarramento Cassa
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Levee
Ineff
Bank Sta
.04 .035 .035 .04
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
55
60
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.57
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035
.04
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
55
60
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.54
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .04
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
60 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
55
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.51
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Levee
Bank Sta
.04 .04
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
55
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.48
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Levee
Bank Sta
.04 .04
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.45
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Levee
Bank Sta
.04 .04
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
61 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
50
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.39
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .04
0 50 100 150 200 250 30025
30
35
40
45
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.36
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 300 35026
28
30
32
34
36
38
40
42
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.33
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
62 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
0 50 100 150 200 250 300 35024
26
28
30
32
34
36
38
40
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.30
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
0 50 100 150 200 250 300 35020
25
30
35
40
45
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.24
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035
.04
0 50 100 150 200 250 300 35020
25
30
35
40
45
50
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.20
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
Realizzazione di una vasca di laminazione sul torrente Papaniciaro - Progetto definitivo
63 All. 6 - Relazione idrologica e idraulica
0 50 100 150 200 250 300 35024
26
28
30
32
34
36
38
Papaniciaro Vasca Plan: Progetto 200River = Papaniciaro Reach = Torrente RS = 0.06
Station (m)
Ele
vation
(m
)
Legend
WS Max WS
Ground
Bank Sta
.04 .035 .04
Plan: Progetto 200 Papaniciaro
Torrente RS: 0.58 Gate Group:
Gate #1 Profile: Max WS
E.G. Elev (m) 35.96 Q Gates (m3/s) 28.02
W.S. Elev (m) 35.94 Q Gate Group (m3/s) 28.02
Q Total (m3/s) 99.59 Gate Open Ht (m) 2
Q Weir (m3/s) 71.57 Gate #Open 1
Weir Flow Area (m2) 43.54 Gate Area (m2) 4
Weir Sta Lft (m) 100.02 Gate Submerg 0.05
Weir Sta Rgt (m) 134.98 Gate Invert (m) 29
Weir Max Depth (m) 1.96 Gate Weir Coef
Weir Avg Depth (m) 1.25
Weir Coef (m^1/2) 1.402 Q Breach (m3/s)
Weir Submerg 0 Breach Avg Velocity (m/s)
Min El Weir Flow (m) 34 Breach Flow Area (m2)
Wr Top Wdth (m) 34.96