5.4 Estensione dell’applicazione del modello alle dighe da frana
5.4.4 Formazione e collasso della diga di Tangjiashan, Chi-
Descrizione dell’evento
Il terzo caso proposto `e particolarmente interessante poich´e molto recente, ma soprattutto perch´e, contestualmente alle operazioni per la mitigazio- ne del rischio di inondazione, furono compiuti da diversi studiosi apprez- zabili sforzi per la raccolta di informazioni dettagliate sulle caratteristiche dell’ammasso, del serbatoio naturale e sull’evoluzione dell’evento, in mo- do da fornire alla ricerca un caso studio reale ben documentato (Liu et al., 2010).
Il 12 maggio del 2008 la provincia del Sichuan nel sud est della Cina fu scossa da un violento terremoto di magnitudo 8 e ci `o fu causa della forma- zione di un imponente lago a seguito dello sbarramento del fiume Tongkou in una zona montagnosa e impervia nei pressi di Tangjiashan. Lo sbarra- mento, alto circa 90 m (quota 753 m s.l.m.) misurati nel punto pi `u depresso della superficie rispetto alla quota del fondo valle originario (663 m s.l.m.), avrebbe dato vita ad un invaso di circa 320 · 106m3con il riempimento fino alla quota di coronamento. Vista la presenza di aree densamente popolate a valle della diga, furono predisposti interventi per abbassare il valore atte- so della portata al colmo. Tali interventi consistettero nella realizzazione di un canale di sfioro sul corpo del rilevato che permise di abbassare la quota di tracimazione e ridurre notevolmente il volume invasabile. Venne realiz- zato un canale trapezoidale con inclinazione delle sponde pari a 1.5 (H:V), largo 8 m alla base e profondo 13 m. La quota del fondo fu quindi portata a 740 m s.l.m. La tracimazione della diga e il conseguente rilascio dell’onda di piena avvennero il 10 giugno successivo con il pelo libero posto a quota 742.1 m.
Anche in questo caso non si ebbe l’erosione completa del rilevato. Infat- ti alla fine del dam breach la quota del fondo del canale si trov `o abbassata di 30 m circa rispetto al canale artificiale, a quota 710 m. La portata al colmo, calcolata in base allo svuotamento dell’invaso, fu stimata in circa 6500 m3/s. Durante il fenomeno furono erosi 4.8 · 106m3di materiale. Furono raccolti dati sulla larghezza in sommit`a della corrente, sulla velocit`a e sulla quota nell’invaso, che hanno permesso di calcolare l’andamento nel tempo della quota di fondo. Per quanto riguarda le caratteristiche dell’ammasso, anche in questo caso le indagini eseguite mostrarono una composizione molto eterogenea, con presenza di blocchi di grossi dimensioni integri e alterati, terreno vegetale con radici di alberi, il tutto immerso in una matrice granu- lare con diametro d50 = 2 − 8 mm. Chang e Zhang (2010) forniscono altri dettagli sulle caratteristiche dell’ammasso e riportano inoltre informazioni sulla variabilit`a lungo la verticale delle propriet`a del materiale. In base alle informazioni riportate la diga pu `o essere schematizzata come costituita da due strati; in quello superficiale il materiale `e classificato come una ghiaia
Figura 5.52: Diga naturale di Tangjiashan durante l’evento (Liu et al., 2010).
sabbiosa e limosa, mentre quello sottostante `e decisamente pi `u grossolano, con diversi blocchi rocciosi immersi in una matrice di ghiaia e sabbia. La superficie di separazione dei due strati `e posta a quota 730 m s.l.m. quindi a 10 m di profondit`a dalla base del canale artificiale scavato. Gli autori ri- portano inoltre delle curve granulometriche riferite a diversi campioni tra cui una curva ricavata per via fotografica facente riferimento alla quota di 700 m, quindi 40 pi `u in basso rispetto al canale artificiale. Questa curva in particolare indica la presenza di materiale di notevoli dimensioni con bloc- chi di diametro variabile tra i 10 cm e 1 m (d50 = 0.8m). Per questo motivo `e lecito ritenere che l’arresto dell’erosione a quota 710 m sia dovuto alle dimensioni del rilevato, ma anche alle caratteristiche del materiale.
Simulazione
Per la simulazione dell’evento mediante il modello sono stati utilizzati i dati riportati nella tabella 5.22. Una prima simulazione `e stata condotta considerando il materiale omogeneo e non erodibile al di sotto della quota 710 m. Mediante taratura sulla portata al colmo si `e ottenuto ve= 0.083m/s. Si osserva che in questa configurazione il modello tende a sovrastimare ab- bondantemente la durata della fase di innesco della breccia (fig. 5.53, 5.54). Si ha infatti che durante le prime 7-8 ore la portata uscente si mantiene molto bassa e che il fenomeno erosivo stenta ad entrare nella fase intensa. Successivamente le portate aumentano velocemente e si ottiene un idro- gramma di piena di forma simile a quello osservato. Per quanto riguarda
Altezza m ZM 90 Quota invaso m Z0 79 Quota soglia m Y0 77 Coronamento m wc 150 Pendenza paramenti - sd+ su 5.5 Parametro c. alt.-vol. m3−α0 W 0 3634.8 Esponente c. alt.-vol. - α0 2.538 Portata massima m3/s Qm 6500
Tempo del colmo hrs tc 6.5
Tempo di collasso hrs tmax 14 Tabella 5.22: Dati della diga naturale di Tangjiashan.
i livelli nell’invaso se si trascura la fase iniziale del fenomeno l’andamento osservato `e ben riprodotto dal modello.
Un ulteriore tentativo `e stato poi effettuato tenendo conto della super- ficie di discontinuit`a e quindi di due diversi valori del parametro di tara- tura, e considerando non erodibile il terreno a partire da quota 710 m. Il tentativo `e stato effettuato per verificare se assumendo due valori diversi di ve per i due strati del rilevato si fosse ottenuta una velocit`a di erosio- ne maggiore per la prima fase e minore per la seconda, portando quindi un miglioramento della simulazione della prima fase del fenomeno. Per quanto riguarda i valori di veadottati, il modello `e stato tarato sulla porta- ta al colmo e si `e ipotizzato per lo strato inferiore un valore di veridotto del 50%. La scelta della riduzione del 50% `e stata fatta tenendo conto della ri- duzione dell’erodibilit`a media per i due differenti strati illustrata da Chang e Zhang (2010). A riguardo si ricorda qui che il parametro ve del modello non `e strettamente riconducibile all’erodibilit`a del materiale poich´e descri- ve il fenomeno nel suo complesso. Per questo motivo in teoria non ci sono ragioni valide per assumere che ad una riduzione del 50% dell’erodibilit`a corrisponda anche una riduzione della stessa percentuale sul parametro di taratura. Si riconosce quindi che questo tentativo di simulazione ha pi `u un carattere qualitativo, anche se, disponendo di criteri oggettivamente pi `u validi per la variazione di ve, questo dovrebbe essere il modo corretto di si- mulare questo tipo di eventi. Nel secondo caso si `e ottenuto ve= 0.175 m/s, a cui corrisponde un valore di veridotto del 50% per la parte inferiore del- l’ammasso. Come mostrato nelle figure 5.55 e 5.56, grazie alla velocit`a di erosione maggiore che si ha durante la prima fase, la fase di innesco ha una durata minore. Nonostante ci `o in questo caso il modello sembra fornire una fase crescente dell’idrogramma di piena comunque di durata maggio- re. Come in altri casi visti in precedenza invece la riproduzione del ramo decrescente dell’onda di piena `e molto simile a quella osservata.
t (ore) Q (m3/s) 6 12 18 24 6 12 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Q oss Q cal 11 giugno 10 giugno
Figura 5.53: Confronto idrogrammi di piena (Liu et al., 2010).
t (ore) Z (m) 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 715 720 725 730 735 740 745 Z oss Z cal
09 giugno 10 giugno 11 giugno
t (ore) Q (m3/s) 6 12 18 24 6 12 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Q cal Q oss 10 giugno 11 giugno
Figura 5.55: Confronto idrogrammi di piena - suddivisione dell’ammasso in due strati (Liu et al., 2010).
t (ore) Z (m) 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 715 720 725 730 735 740 745 Z cal Z oss
09 giugno 10 giugno 11 giugno
Figura 5.56: Confronto andamento dei livelli - suddivisione dell’ammasso in due strati (Liu et al., 2010).