La mitigazione del rischio idraulico da esondazione dei corsi d’acqua, viene effettuata mediante interventi atti a proteggere centri abitati, infrastrutture, beni e opere dalle piene fluviali
I sistemi di intervento per la riduzione del rischio idraulico sono classificabili in due categorie che sono:
• interventi strutturali: vanno a ridurre la probabilità che l’evento si verifichi, lasciando però scoperta una quota di rischio determinata dalla possibilità che si possa comunque verificare un evento di intensità superiore a quella con cui l’intervento è stato progettato, anche se con una probabilità e una frequenza molto minore.
Gli interventi strutturali si dividono in due categorie fondamentali quali la manutenzione straordinaria e le opere di ingegneria; possono essere inoltre, a scala di bacino (sistemazioni idraulico-forestali, stabilizzazione dei pendii e del reticolo idrografico minore, azioni strutturali sui versanti, attività di forestazione e pratiche agricole) o in alveo (interventi di regimazione, finalizzati al controllo del regime delle portate liquide e interventi di regolarizzazione mirati al miglioramento delle condizioni del deflusso ). • interventi non strutturali:mirano a ridurre il danno che un certo evento può
provocare. Il loro scopo è quello di prevenire le condizioni di uso del territorio che saltano i fenomeni alluvionali; hanno quindi l’obiettivo di alleviare i danni alluvionali, minimizzando l’impatto delle piene superiori al
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dato di progetto con cui gli interventi strutturali sono stati progettati, agendo, quindi, sul rischio residuo che quest’ultimi lasciano.
Gli interventi non strutturali possono essere di tipo attivo (monitoraggio e preannuncio delle piene e manutenzione ordinaria dei bacini) e di tipo passivo (norme d’uso del territorio con limitazione d’uso delle aree vulnerabili).
Generalmente, per la scelta di intervento da effettuare si vanno a valutare tutte le possibili soluzioni appartenenti ad entrambe le categorie valutandone l’efficienza in termini di costi/beneficio e di impatto ambientale. Il fallimento o il successo di un programma di mitigazione del rischio alluvionale dipendono in larga misura dall’integrazione dei due tipi di interventi, sia strutturali che non strutturali.
La difesa idraulica e idrogeologica deve essere effettuata a scala di bacino idrografico, mediante un’attività di pianificazione che parta dal presupposto che il bacino idrografico è un ecosistema i cui problemi vanno risolti operando su tutti i processi che interagiscono al suo interno senza limitarsi a contrastarne i singoli effetti.
In questo elaborato di tesi andremo a prendere in considerazione, fondamentalmente, gli interventi strutturali.
Come già detto in precedenza gli interventi di tipo strutturale possono essere a scala di bacino o in alveo.
L’intervento a scala di bacino che potrebbe essere effettuato è:
a. Sistemazione del bacino mediante opere di vario tipo allo scopo di ridurre l’afflusso meteorico all’asta fluviale.
Interventi di questo tipo sono le sistemazioni idraulico-agrarie che vanno a ridurre l’afflusso meteorico al corso d’acqua e la velocità con la quale questa defluisce sul territorio. Questi interventi, anche se sono molto importanti per una corretta gestione del territorio, non producono effetti tangibili nella riduzione della pericolosità idraulica nelle aree a rischio di esondazione, tenendo inoltre presente che i benefici sono visibili solo dopo vari anni, quindi è necessario che essi siano affiancati da opere più efficaci con effetti immediati.
177 Gli interventi strutturali in alveo, invece, sono:
a. Interventi di regolarizzazione atti migliorare le condizioni di deflusso mediante modifiche dell’assetto plano-altimetrico del corso d’acqua.
La capacità di deflusso di un corso d’acqua dipende da molti fattori quali l’area della sezione A, il raggio idraulico Rm, la scabrezza K, la pendenza i,come è possibile vedere dalla relazione di Glaucker-Strickler di seguito esplicitata.
5 = + ∙ @ ∙ A ∙
Si deduce, quindi che per aumentarla è possibile agire su uno o più di essi. Intervenire su uno di questi fattori è cosa alquanto difficile e dispendiosa, infatti:
- L’aumento della sezione, e di conseguenza dell’area A e del raggio idraulico Rm, può essere ottenuta o con un allargamento dell’alveo o delle golene, o con un sovralzamento delle quote arginali o dei muri di sponda, oppure mediante la combinazione di entrambe le soluzioni. Questo tipo di intervento è di difficile attuazione se non in quelle zone dove lo spazio disponibile da cedere al corso d’acqua, come l’allargamento dell’alveo, non sia di difficile reperimento e dove non vi siano vincoli paesaggistici che lo vietano. Inoltre, l’aumento della sezione di un corso d’acqua comporta costi molto elevati e l’unico modo per contenerli è quello di effettuare, al massimo, una risagomatura delle golene qualora queste fossero interrate. - La riduzione della scabrezza può essere ottenuta in vari modi. L’intervento
meno dispendioso per agire sulla scabrezza è la manutenzione del fiume mediante l’asportazione della vegetazione che, a parità di portata defluente innalza i livelli liquidi e i criteri applicabili devono essere necessariamente differenziati a seconda che si tratti di vegetazione localizzata in alveo o sulle sponde e a seconda che si tratti di alvei sopraelevati oppure incassati. Un altro modo per ridurre la scabrezza significativamente, però con costi molto elevati, contrastanti con esigenze di carattere ambientale e con effetti
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molto minori rispetto agli altri tipi di interventi tipo l’aumento della sezione, è quello di rivestire parzialmente o totalmente l’alveo con lastre prefabbricate di calcestruzzo o, meglio per questioni di carattere ambientale, con materassi di tipo Reno; tali interventi, otre al notevole costo iniziale, per garantire effetti durevoli nel tempo, devono periodicamente essere soggetti a manutenzione per evitare depositi in alveo o la crescita di vegetazione spontanea che riporterebbe, nel tempo, il valore della scabrezza a quello originario.
- Aumentare la pendenza i è una soluzione molto difficile specialmente nei corsi d’acqua di pianura dove le portate sono più elevate e li rischio di esondazione è maggiore. Inoltre questa è condizionata dalla quota allo sbocco che è fissa: un suo aumento potrebbe essere ottenuto solo per un tronco fluviale che abbia un salto di fondo al suo sbocco, il quale possa essere eliminato o ridotto, senza creare problemi di altro tipo, cosa che si verifica raramente.
b. Interventi di regimazione finalizzati al controllo del regime delle portate liquide che possono defluire lungo un corso d’acqua.
1. Interventi atti a ridurre le portate al colmo deviandone una parte mediante l’uso di diversivi o scolmatori.
I diversivi e gli scolmatori sono alvei artificiali che ricevono un’aliquota della portata di un corso d’acqua, scaricandola in un altro corso d’acqua, in un lago, in una laguna, in mare o nel fiume stesso più a valle nel caso di raddoppio del corso d’acqua. La loro origine, quindi è ubicata lungo il tronco fluviale a monte del tratto in cui si vuole effettuare le laminazione dell’onda di piena. L’enorme differenza tra i diversivi e gli scolmatori sta nel fatto che mentre i primi sono sempre alimentati e quindi hanno deflusso perenne, i secondi entrano in funzione solo quando il livello liquido supera un determinato valore corrispondente all’altezza della soglia che funziona come uno sfioratore laterale o uno stramazzo a seconda che i filetti fluidi della corrente siano parallelamente o perpendicolarmente a questa.
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2. Interventi tesi a ridurre la portata tramite l’immagazzinamento temporaneo di una parte della portata liquida in serbatoi di laminazione o in casse di espansione.
• Serbatoi di laminazione: la laminazione dell’onda di piena si ottiene per effetto dell’immagazzinamento nel serbatoio, durante la fase ascendente dell’onda, di una parte di volume di deflusso, che successivamente viene restituita al corso d’acqua più a valle. Queste opere richiedono costi molto elevati e vengono realizzate mediante lo sbarramento del corso d’acqua in una determinata sezione trasversale mediante la costruzione di una diga di ritenuta; possono quindi essere costruite solo in quelle zone idonee da un punto di vista orografico. E’ necessario, infatti, che vi sia un restringimento della vallata in cui costruire la diga (che altrimenti sarebbe ancora più costosa la costruzione) e che, a monte, invece, la vallata sia molto ampia, in modo tale da avere un notevole volume per il lago artificiale con un’altezza della diga, allo stesso tempo, contenuta. Inoltre devono essere idonee anche le caratteristiche geologiche e geotecniche della zona in cui si crea l’invaso e del luogo dove vi è lo sbarramento.
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• Casse di laminazione: sono delle superfici di terreno poste in adiacenza ai tronchi vallivi dei corsi d’acqua e delimitate da arginature o da un naturale rialzamento del terreno, nelle quali viene immagazzinata temporaneamente un’aliquota del volume dell’onda di piena che viene poi, successivamente, restituita a valle. Le casse di espansione possono essere in linea o in derivazione.
Casse di laminazione in linea: questa tipologia di casse d’espansione viene scelta quando le pendenze di fondo del corso d’acqua non sono trascurabili e quando questo non è arginato. Inoltre, il terreno adiacente all’alveo deve presentare una certa pendenza sia in senso longitudinale che trasversale, con innalzamenti a partire dall’alveo stesso. Le casse di laminazione in linea vengono invase dalle acque di piena mediante la realizzazione di un forte restringimento della sezione dell’alveo, che provoca un notevole innalzamento del profilo liquido a monte, quando la portata supera un determinato valore; questo innalzamento dà luogo all’allagamento dei terreni limitrofi, oppure mediante uno sbarramento in muratura dotato di una luce di fondo di grosse dimensioni, per evitare che si occluda, e, affinché la portata in arrivo passi attraverso la luce, si ha un forte rialzamento del pelo libero che da origine all’allagamento della cassa e quindi alla laminazione dell’onda di piena. Le casse di laminazione in linea sono dotate di argini che hanno varie funzioni, prima fra tutte quella di contenimento delle acque nella zona idonea all’esondazione.
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Figure 8.2 e 8.3- Planimetria e sezione di una cassa di laminazione in linea
Casse di laminazione in derivazione: vengono realizzate in presenza di corsi d’acqua arginati, aventi pendenze di fondo piccole e la loro superficie viene delimitata mediante arginature. Questa tipologia di casse di laminazione è molto più diffusa di quelle in linea, poiché danno luogo ad una maggiore attenuazione dell’onda di piena. Le superfici delle casse in derivazione sono adiacenti all’alveo del corso d’acqua e vengono invase dalle acque solo e soltanto quando la portata supera un determinato valore che corrisponde a quello di progetto.
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Figura 8.4 Cassa di laminazione in derivazione
Sono dotate di dispositivi che ne consentono lo svuotamento, una volta cessata l’onda di piena, mediante scarico a gravità nello stesso corso d’acqua e, solo in casi molto rari viene previsto lo svuotamento a sollevamento meccanico solo, però, della parte più bassa della cassa.
Questa tipologia di casse viene riempita mediante soglie sfioranti, che è il dispositivo di alimentazione più frequente (figura 8.5 e 8.6), o altri organi quali i sifoni autoadescanti (figura 8.7).
Figura 8.5 Esempio di funzionamento di una cassa di laminazione in derivazione alimentata da soglia sfiorante.
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Figura 8.6- Cassa di laminazione alimentata da soglia sfiorante.
Figura 8.7- Cassa di espansione in derivazione alimentata da sifoni autoadescanti.
Il problema maggiore delle casse di espansione in derivazione, che come già accennato sopra sono le più efficaci per la
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riduzione del rischio, è che devono attivarsi esclusivamente in occasione delle piene eccezionali (per le quali sono progettate), mentre devono rimanere vuote per tutte le piene minori. Questo comporta una progettazione molto accurata delle soglie di sfioro e, soprattutto, un assetto del corso d’acqua che non cambi nel tempo: se infatti il letto del fiume si modifica, alzandosi o abbassandosi anche di poche decine di centimetri, il comportamento idraulico della cassa sarà diverso da quello previsto. Per mantenere ben calibrata una cassa in derivazione diviene allora indispensabile“fissare” un bel tratto di corso d’acqua con soglie di fondo e difese spondali, incrementandone notevolmente l’artificializzazione. Inoltre, la cassa deve essere controllata continuamente per essere certi del suo stato di efficienza. Tutto ciò comporta degrado ambientale e costi ingenti.
Abbiamo elencato tutte le possibili soluzioni per andare a ridurre il rischio idraulico da esondazione, adesso, nel prossimo capitolo, ci occuperemo di individuare le soluzioni più idonee a quelle che sono le situazioni presenti nel territorio in esame, in funzione sia delle caratteristiche, sia dei benefici, sia dei costi che dei vincoli presenti nel territorio stesso.
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9 Sistemazione idraulica della zona sud di Cecina.
In questo capitolo andremo ad individuare le problematiche presenti nel territorio con le relative soluzioni da adottare per andare a ridurre il rischio idraulico della zona in esame.