6. ANALISI IDROLOGICA
6.6 Risultati modellazione idrologica
6.6.2 Risultati modellazione TR200
Di seguito si riportano le tabelle di output del sw HMS, come portata di progetto si è considerata quella corrispondente al Tp che la massimizza
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E quindi i valori delle portate utilizzate sono i seguenti
Bacino Q max (mc/s)
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Chiassobuio
Colombaia
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Leprone
Regola (monte abitato Pieve al Toppo)
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Regola (valle abitato Pieve al Toppo)
Regola (intersezione con SP21)
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Ristagno (intersezione SS 73)
Spoiano
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Riolo (Tuori)
Viciomaggio (monte A1)
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Viciomaggio (valle A1)
Fosson nord
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7. ANALISI IDRAULICA..
La modellazione è stata eseguita utilizzando le portate di piena ricavate dalla modellazione idrologica con HEC-HMS descritta in precedenza.
In particolare, la modellazione idraulica è stata eseguita secondo uno schema monodimensionale in moto vario (unsteady flow) tramite il software HEC-RAS nella versione 5.0.7, simulando il deflusso delle portate di piena all'interno degli alvei fluviali oggetto del presente studio.
Nei casi di superamento del livello dell'acqua dei limiti arginali (laddove presenti) o topografici delle sezioni rilevate e utilizzate per le modellazioni monodimensionali, si sono svolte delle modellazioni bidimensionali con HEC-RAS v. 5.0.7.
Il software HEC-RAS ha aggiunto di recente la capacità di eseguire uno schema di modellazione bidimensionale all'interno della simulazione condotta in regime di moto vario. Nel presente studio, per i tratti in cui fosse necessario l'impiego di modelli 2D per la determinazione delle aree allagate, si è infatti svolto una modellazione in moto vario con schema monodimensionale (1D) combinato anche con uno schema bidimensionale (2D).
7.1 Modellazioni idrauliche monodimensionali
Per ciascun corso d’acqua oggetto di studio è stato sviluppato un modello idraulico monodimensionale con il codice di calcolo HEC-RAS. Per ciascun tempo di ritorno di interesse (30 e 200 anni) è stata effettuata una simulazione in moto vario.
Dall’analisi di tali simulazioni sono stati individuati i casi in cui le caratteristiche morfologiche dell’alveo e delle aree contermini, idonee a garantire il transito dei volumi idrici in gioco, rendevano sufficiente un approccio semplificato monodimensionale. I corsi d’acqua risultati non idonei a far transitare le portate senza esondazioni sono stati modellati con schema monodimensionale (1D) combinato anche con uno schema bidimensionale (2D).
Il codice HEC-RAS, al fine di seguire il calcolo, necessita, oltre della geometria dell'alveo tramite l'inserimento delle sezioni rilevate (cross section), di definire il valore del coefficiente di Manning.
Per i dettagli relativi a ciascun corso d'acqua si rimanda agli allegati delle sezioni dei modelli, mentre, in generale, in generala i valori di Manning sono i seguenti:
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- 0.04 m-1/3/s corrispondente a un valore intermedio per "golene con erba" nel caso di aree golenali in tratti arginati
- 0.05 m-1/3/s corrispondente a un valore intermedio per "golene con sottobosco" nel caso di aree golenali in tratti non arginati
- 0.03 m-1/3/s corrispondente a un valore intermedio per "piccoli corsi d'acqua naturali di pianura" nel caso di alvei di pianura arginati
- 0.035 m-1/3/s corrispondente a un valore intermedio per "fiumi di montagna con fondo in ghiaia, ciottoli e pochi massi, lati ripidi" e "canali in terra sinuosi e lenti con folta vegetazione"
per i tratti non arginati.
- 0.06 m-1/3/s corrispondente a un valore intermedio per "golene con sottobosco/ aree coltivate/con molti alberi per le aree modellate bidimensionalmente.
Al fine di rendere eseguibili le simulazioni, occorre definire le boundary conditions a monte e a valle del tratto studiato nel caso di simulazioni in moto vario. Com’è noto tali condizioni possono essere impostate in vari modi: livello idrico noto, altezza critica, altezza di moto uniforme o scala di deflusso. Nel caso in esame, quali condizioni al contorno di monte sono stati assunti gli velocemente garantendo inoltre una maggiore stabilità numerica. L'algoritmo di risoluzione è ai volumi finiti ed è "accoppiato" a quello di risoluzione del problema monodimensionale nello stesso passo temporale di calcolo. Questo permette una perfetta coerenza a ogni passo temporale tra le componenti monodimensionali e quelli bidimensionali. L'equazione dello stramazzo è utilizzata per calcolare il deflusso tra la le sezioni del corso d'acqua modellato e la storage area 2D.
HEC-RAS 5.0.7 funziona per celle, che però possono essere sia strutturate che non strutturate. Ciò significa che le celle computazionali possono essere triangoli, quadrate, rettangolari o anche elementi a cinque e sei facce (ma non più di 8). La maglia può essere una miscela di forme e
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dimensioni delle celle. Il contorno esterno della maglia computazionale è definito, invece, con un poligono. Generalmente il software crea delle celle di forma quadrata nella zona centrale, mentre in prossimità del contorno esterno la mesh si adatta al profilo dell’area.
Per la determinazione delle aree allagate, si è infatti svolto una modellazione in moto vario con schema monodimensionale (1D) combinato anche con uno schema bidimensionale (2D) con l'aggiunta di aree 2D (2D-storage area) nel modello.
Tale area 2D viene aggiunta nel modello 1D disegnando un poligono 2D connesso al modello 1D attraverso l'uso di uno sfioratore laterale (lateral structure).
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8. VERIFICHE IDRAULICHE
Per tutte le aste idrografiche esaminate, per i tempi di ritorno Tr = 30 e 200 anni sono state effettuate inizialmente verifiche idrauliche in regime di moto vario monodimensionale.
Nei casi in cui la verifica idraulica così condotta ha evidenziato che il corso d'acqua non è risultato avere un'officiosità idraulica sufficiente a convogliare la portata di piena sono state effettuate le analis con schema monodimensionale (1D) combinato anche con uno schema bidimensionale (2D) i.
Nella tabella seguente sono indicati i corsi d’acqua per cui è stato applicato il modello combinato 1D e 2D:
Fosso della Regola (Pieve al toppo) AV22931 AV43850 Rio di Viciomaggio - AV21883 e AV22101
Tutte le verifiche sono state effettuate nell’ipotesi di regolare operatività e comportamento della rete drenante, escludendo il non funzionamento delle difese o delle altre infrastrutture idrauliche coinvolte, o addirittura di totale perdita di funzionalità (distruzione) delle stesse. Per quanto sopra detto si assume dunque che:
a) le strutture idrauliche di contenimento (argini, muri di sponda, ecc.) siano considerate tracimabili ma senza collasso della struttura.
b) per altre strutture di contenimento non idrauliche (rilevati stradali e ferroviari), non è previsto il collasso anche in caso di tracimazione,
c) si esclude la possibilità di ostruzione delle opere d’arte interferenti per trasporto in flottazione;
d) non si considera l’influenza di allagamenti o ristagni dal reticolo scolante minore o da altri sistemi di drenaggio.
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8.1 FOSSO DORNA AFFLUENTE CHIASSOBUIO
Il modello idraulico interessa il tratto compreso tra l'attraversamento di via Baracca e il ponte della linea ferroviaria LFI ed è stato sviluppato in moto permanente con l'ausilio di 4 sezioni trasversali, interpolando con l'apposita funzione di Hec-Ras alcune sezioni intermedie in modo da mantenere una distanza tra sezioni contigue non superiore a 15 m.
La scabrezza (numero di Manning) è assunta pari a 0.035 m-1/3/s. Come condizione al contorno a monte sono stati presi gli idrogrammi di piena con tempi di ritorno TR30 e TR200, mentre a valle è stata assunta l'altezza di moto uniforme con pendenza di 0.003.
Di seguito la planimetria delle sezioni con numerazione HEC-RAS su CTR e su GIS
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I risultati, come si evince dall’estratto grafico del simulazione di seguito riportato, evidenziano che anche per evento con tempo di ritorno di 200 anni non si verificano esondazioni sia in sinistra idraulica, sia in destra idraulica, dove tra l'altro non sono presenti aree edificate o altri elementi vulnerabili, la pianura sale rapidamente di quota rispetto alla sponda, contenendo le aree interessate dall'esondazione ai primi metri dalla sponda. La verifica HEC-RAS si è limitata quindi alla sola simulazione 1D in moto vario.
TR30
TR200
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8.2 FOSSO CHIASSOBUIO
Il modello idraulico interessa il tratto di attraversamento dell'abitato ed è stato sviluppato in moto permanente con l'ausilio di 12 sezioni trasversali, interpolando con l'apposita funzione di Hec-Ras alcune sezioni intermedie in modo da mantenere una distanza tra sezioni contigue non superiore a 15 m.
La scabrezza (numero di Manning) è assunta pari a 0.035 m-1/3/s. Come condizione al contorno a monte sono stati presi gli idrogrammi di piena con tempi di ritorno TR30 e TR200, mentre a valle è stata assunta l'altezza di moto uniforme con pendenza di 0.007.
Nel tratto è presente un tombamento tra le sezioni 140 e 130. Il tombamento è stato simulato come elemento culvert.
Di seguito la planimetria delle sezioni con numerazione HEC-RAS su CTR e su GIS
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I risultati, come si evince dall’estratto grafico della simulazione di seguito riportato, evidenziano che lungo il tratto indagato si verificano alcune esondazioni in sinistra e destra idraulica che interessano prevalentemente le zone di pianura limitrofe alla sponda per un'estensione limitata generalmente da qualche metro a poche decine di metri, per poi rientrare in alveo senza produrre accumulo. La pianura risulta, infatti, salire di quota anche sensibilmente allontanandosi dal corso d'acqua. In particolare la strada provinciale presenta quote maggiori rispetto ai massimi battenti che si verificano nel tratto.
Tali esondazioni interessano potenzialmente aree edificate solo nella porzione di monte, in sinistra idraulica. A valle del tombamento si hanno esondazioni principalmente in sinistra per T= 200 anni che interessano terreni pianeggianti coltivati.
I due attraversamenti risultano adeguati al transito del picco delle due portate.
La geometria estesa delle sezioni ha permesso di modellare in modo adeguato l’andamento dell’esondazione dei due eventi di piena senza bisogno di ricorrere alla modellazione 2D.
TR30
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TR200
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8.3 FOSSO COLOMBAIA
Il modello idraulico interessa un tratto del corso d'acqua che scorre in direzione Nord-Sud e si pone a est del centro abitato della fraz. Colombaia- Ciggiano, e che risulta denominato AV 17944 secondo il nuovo repertorio dei corsi d'acqua creato con LR 27-12-2012, n. 79
Il tratto analizzato è di lunghezza 300 m con l'attraversamento di Via di Maiano esattamente in posizione intermedia (a 150 m dall'estremità di monte).
Per un tratto lungo 60 m a monte del tombino di attraversamento di Via di Maiano il corso d'acqua scorre entro un canale a sezione rettangolare con fondo in cls e pareti di sponda verticale, in c.a. in dx ed in muratura di pietrame in sx
Per il corso d'acqua la scabrezza (numero di Manning) è assunta pari a 0.035 m-1/3/s, salvo che per il tratto canalizzato per il quale si è adottato n= 0.025 m-1/3/s. Come condizione al contorno a monte sono stati presi gli idrogrammi di piena con tempi di ritorno TR30 e TR200, mentre a valle è stata assunta l'altezza di moto uniforme con pendenza di 0.015.
Il tombamento di attraversamento di Via dei Laghi, formato da due tubi in c.a.v. DN 800 affiancati è stato simulato con la funzione culvert
Di seguito la planimetria delle sezioni con numerazione HEC-RAS su CTR e su GIS
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I risultati, come si evince dall’estratto grafico della simulazione di seguito riportato, evidenziano che, partendo da monte, si ha una esondazione in sx che inizia a circa 60 m a monte dell'attraversamento di Via di Maiano, allontanandosi dal corso d'acqua, la quota del piano campagna dei terreni invasi dalle acque si rialza, perciò è da considerare che le acque rientrino in alveo a valle senza produrre accumulo.
Nella zona dell'attraversamento di Via di Maiano, il culvert produce un rigurgito tale per cui la sede stradale, sopra il tombino è invasa dalle acque.
La geometria estesa delle sezioni ha permesso di modellare in modo adeguato l’andamento dell’esondazione dei due eventi di piena senza bisogno di ricorrere alla modellazione 2D.
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TR30
TR200
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8.4 TORRENTE LEPRONE
Il modello idraulico interessa un tratto lungo circa 320 m, in prossimità del centro abitato di Albergo, che va da circa 112 m a monte del ponte sulla S.P. 22 fino, a valle, al ponte lungo la LFI ed è stato sviluppato in moto permanente con l'ausilio di 11 sezioni trasversali.
La scabrezza (numero di Manning) è assunta pari a 0.035 m-1/3/s Come condizione al contorno a monte sono stati presi gli idrogrammi di piena con tempi di ritorno TR30 e TR200, mentre a valle è stata assunta l'altezza di moto uniforme con pendenza di 0.0025
Nel tratto sono presenti due ponti rispettivamente sulla SP 22 e lungo la linea LFI, simulati mediante l'elemento bridge e con il metodo dell'energia.
In questo caso è stato necessario combinare il modello 1D del corso d’acqua con il modello 2D delle aree golenali per valutare l’esondazione ed i battenti.
Di seguito la planimetria delle sezioni con numerazione HEC-RAS su CTR e su GIS
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L'analisi delle simulazioni 1D ha evidenziato la necessità di procedere con la combinazione con il metodo 2D, così l’alveo principale è stato collegato a storage areas 2D (alle quali è stato imposto un valore di coefficiente di Manning pari a 0.06 m-1/3/s come di default) in destra e sinistra
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idraulica con dimensione media delle celle computazionali 15 m x 15 m. Il collegamento tra river e storage areas è stato realizzato con lateral structures posizionate in corrispondenza dei tratti di esondazione.
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L'analisi dei risultati non evidenzia particolari problemi per TR30, mentre con portate più importanti e TR200 ambedue gli attraversamenti risultano inadeguati al transito delle portate creando rigurgito verso monte, con sovralzo rispetto alla quote delle sponde sia in destra che in sinistra idrografica.
Le esondazioni vanno ad interessare i terreni pianeggianti limitrofi; a monte dell'attraversamento lungo la SP 22, allontanandosi dal corso d'acqua.
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TR30
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TR200
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8.5 FOSSO REGOLA PIEVE AL TOPPO
Il modello idraulico in moto permanente interessa il tratto di circa 1900 m dall'inizio dell'abitato fino alla confluenza nel Canale Maestro della Chiana. ed è stato sviluppato con l'ausilio di 38 sezioni trasversali. Come condizione al contorno a monte sono stati presi gli idrogrammi di piena con tempi di ritorno TR30 e TR200, mentre a valle è stata assunta l'altezza di moto uniforme con pendenza di 0.005
Nel tratto è presente un tombamento di circa 265 m di lunghezza in corrispondenza dell'abitato di Pieve al Toppo. Il tombamento è stato simulato con la funzione culvert con i seguenti parametri.
In questo caso è stato necessario combinare il modello 1D del corso d’acqua con il modello 2D delle aree golenali per valutare l’esondazione ed i battenti.
Di seguito la planimetria delle sezioni con numerazione HEC-RAS su CTR e su GIS
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L'analisi delle simulazioni 1D ha evidenziato la necessità di procedere con la combinazione con il metodo 2D, così l’alveo principale è stato collegato a storage areas 2D (alle quali è stato imposto un valore di coefficiente di Manning pari a 0.06 m-1/3/s come di default) in destra e sinistra idraulica con dimensione media delle celle computazionali 15 m x 15 m. Il collegamento tra river e storage areas è stato realizzato con lateral structures posizionate in corrispondenza dei tratti di esondazione.
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L'analisi delle simulazioni evidenzia che diversi tratti (a monte in sinistra e destra idraulica e a valle in sinistra idraulica), non sono sufficienti al contenimento della portata di piena TR200 e, per
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alcuni tratti nel tratto immediatamente a valle dell'abitato si presentano esondazioni anche per TR30.
Il tombamento risulta sufficiente al transito delle portate di piena TR30 e TR200. Gli altri attraversamenti risultano sufficienti al transito delle portate
TR30
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TR200
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8.6 FOSSO REGOLA BADIA AL PINO
Il modello idraulico interessa un tratto del corso d'acqua Fosso della Regola lungo complessivamente circa 320 m, in prossimità del centro abitato di Badia al Pino, che va da circa 80 m a monte del ponte sulla S.P. 21 fino a 230 m a valle del ponte stesso. Subito a valle del ponte si ha la confluenza con un fosso tributario in destra idrografica, che seguendo un percorso rettilineo attraversa la zona industriale (con alveo a sezione rettangolare in c.a.) e successivamente attraversa con un tombino in diagonale la SP 21 per poi costeggiare a cielo aperto il confine della società DIMAR, parallelamente alla SP 21 si immette infine nel Fosso della Regola.
I due corsi d'acqua sono stati analizzati con l'ausilio, per quanto riguarda il Fosso della Regola di 11 sezioni trasversali e per quanto riguarda l'affluente di destra ne sono state utilizzate 12.
Per il corso d'acqua principale la scabrezza (numero di Manning) è assunta pari a 0.035 m-1/3/s.
Come condizione al contorno a monte sono stati presi gli idrogrammi di piena con tempi di ritorno TR30 e TR200, mentre a valle è stata assunta l'altezza di moto uniforme con pendenza di 0.0085; il ponte sulla SP 21 è stato simulato mediante l'elemento bridge e con il metodo dell'energia.
Per l'affluente di destra la scabrezza (numero di Manning) per la parte centrale (sez. rettangolare in c.a.) è assunta pari a 0.015 m-1/3/s, mentre per le parti laterali (zone pavimentate) è assunta pari a 0.03 m-1/3/s. Come condizione al contorno a monte sono stati presi gli idrogrammi di piena con tempi di ritorno TR30 e TR200, mentre a valle è stata assunta l'altezza di moto uniforme con pendenza di 0.0042; il tombamento di attraversamento è stato simulato con la funzione culvert.
In questo caso è stato necessario combinare il modello 1D del corso d’acqua con il modello 2D delle aree golenali per valutare l’esondazione ed i battenti
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Di seguito la planimetria delle sezioni con numerazione HEC-RAS su CTR e su GIS
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L'analisi delle simulazioni 1D ha evidenziato la necessità di procedere con la combinazione con il metodo 2D. Sono così state costruite tre aree 2D situate rispettivamente in dx ed in sx rispetto al tratto principale ed una interna ai due tratti prima della confluenza e di cui si riportano le caratteristiche.
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L'analisi dei risultati evidenzia che non si ha esondazione per T= 30 mentre per T= 200 si ha in sinistra un’ esondazioni nel tratto di valle dell'attraversamento della SP 21 che va ad interessare i terreni pianeggianti ad uso agricolo e senza fabbricati.
Per quanto riguarda l'affluente di destra, a monte del tombamento di attraversamento della S.P.
21, non si hanno esondazioni per T= 30, mentre per T= 200 si ha una piccola esondazione in destra ma sempre su terreni agricoli.
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TR30
TR200
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8.7 FOSSO RISTAGNO
Il modello idraulico interessa un tratto di 1800 m corrispondente a tutto il corso del torrente a monte dell'attraversamento della E78 dei Due Mari , e cioè parte dall'uscita di una tubazione DN 500 al di sotto del piazzale della ditta Chimet (piazzale con piano campagna più in alto di 2 m rispetto alla quota di scorrimento del corso d'acqua); vengono intersecate, con appositi tombini, procedendo verso valle, essenzialmente lungo campi coltivati, Via dei Laghi, Via dei Boschi, la SP 22 Vecchia Senese Aretina, la S.S. 73 Aretina Nord; il tratto studiato termina a circa 185 m a valle dell'attraversamento della S.S. 73. condizione al contorno a monte sono stati presi gli idrogrammi di piena con tempi di ritorno TR30 e TR200, mentre a valle è stata assunta l'altezza di moto uniforme con pendenza di 0.006.
Gli attraversamenti su Via dei Laghi, su Via dei Boschi, sulla SP 22, sulla SS 73 e anche il ponticello tra Via dei Boschi sono stati simulati mediante l'elemento bridge e con il metodo dell'energia.
Il tombamento di attraversamento di Via dei Laghi è stato simulato con la funzione culvert.
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Di seguito la planimetria delle sezioni con numerazione HEC-RAS su CTR e su GIS
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L'analisi dei risultati evidenzia che, partendo da monte si ha una esondazione in dx e in sx sia pper le portate con tempo di ritorno T30 che T200 nella zona amonte dell’attraversamento di via Boschi; le esondazioni vanno ad interessare i terreni pianeggianti limitrofi; coinvolgendo solo parzialmente i resede di alcuni capannoni.
L’attraversamento sulla SP 22 (via vecchia senese) risultando non adeguato provoca esondazione
L’attraversamento sulla SP 22 (via vecchia senese) risultando non adeguato provoca esondazione