Idrogramma complessivo
3.3 Interventi propost
3.3.2 Situazione con le cateratte chiuse Gli interventi proposti sono i seguenti :
1) Utilizzazione della zona 4 ( vedi planimetria ) per l’invaso dell’acqua trasportata dal rio del sottobacino 5
2) Potenziamento dell’attuale impianto idrovoro
3) Realizzazione di un’ ulteriore cassa di laminazione in derivazione con lo sfioratore sito nei pressi delle cateratte
4) Realizzazione di un organo di chiusura e di un nuovo impianto idrovoro sul Dogaia a nord della ferrovia prima dell’ingresso di quest’ultimo nella cassa sopra citata
Quando le cateratte sono chiuse si rende necessario invasare tutta l’acqua in arrivo e per questo è stata realizzata la cassa 3 nei pressi delle cateratte. Per diminuire il volume da invasare in tele cassa ho pensato di invasare in un apposita zona a sé stante l’acqua in arrivo dal sottobacino 5 e di potenziare l’impianto idrovoro alle cateratte che riesce così, nelle sette ore in cui queste sono chiuse a pompare in golena Serchio una maggior quantità d’acqua. Esaminiamo ora più nel dettaglio ciascuno degli interventi proposti.
Intervento n° 1
La “zona 4” è una zona agricola sostanzialmente pianeggiante situata a nord della ferrovia, a sud della località “Ai Ciucchi” ed è attraversata dall’omonimo Rio dei Ciucchi ( sottobacino 5 ) che sottopassando la ferrovia va a congiungersi col Rio Castiglioncello.
Si tratta di un rio di minor importanza, in grado tuttavia, in presenza di un evento trentennale di durata 1,75 ore, di trasportare circa 7 mc/s.
portata in arrivo alle cateratte quando queste sono chiuse, riducendo almeno in parte l’effetto diga generato da quest’ultime che si ripercuote verso monte. L’acqua trasportata sarà dunque invasata nella zona sopra citata.
La quota media di tale zona è di circa 10.75 m tranne una zona centrale che si trova a quota 11.64 e che dovrà essere portata a livello delle zone adiacenti tramite scavi. Si tratta di uno scavo di circa 90 cm, quindi di piccola entità, per di più trovandosi le zone adiacenti alla quota sopra citata di 10,75 m è presumibile ritenere che tale scavo non vada ad interessare la falda. Si tratta quindi di uno scavo che genera un impatto ridotto e che dovrebbe consentire di lasciare inalterata l’utilizzazione dei suoli.
L’abitato della località “Ai Ciucchi” più a nord, si trova invece ad una quota superiore agli 11,5 m.
L’area sopra citata ha una superficie di circa 150000 mq e l’altezza d’acqua che è possibile avere al suo interno senza creare problemi all’abitato situato poco più a nord è di circa 0.5 m; pertanto il volume invasabile è di circa 75000 mc.
Per una maggior sicurezza dell’abitato si è pensato di realizzare una piccola strada leggermente in rilevato ( quota di 11.7 m ) che limita a nord l’area destinata all’invaso dell’acqua e che allo stesso tempo facilita l’accesso ai terreni coltivati. Il tracciato di tale strada è evidenziato nella tavola della planimetria.
Nelle seguenti tabelle si evidenziano le situazioni di criticità dei due sistemi: sottobacino 5 ( zona 4 ) e Castiglioncello – Dogaia ( cassa 3 ).
Volume massimo da invasare ( mc ) Contemporaneo volume da invasare del Castiglioncello - Dogaia Corrispondente orario di chiusura delle cateratte Durata dell'evento sul bacino ( ore ) Criticità del sistema Sottobacino 5 ( zona 4 ) 76298 436895 2:50 - 9:50 8
Tabella 3.12 : Volume massimo da invasare del sottobacino 5 e relativo orario di chiusura delle cateratte.
Volume massimo da invasare ( mc ) Contemporaneo volume da invasare del sottobacino 5 Corrispondente orario di chiusura delle cateratte Durata dell'evento sul bacino ( ore ) Criticità del sistema
Castiglioncello -
Dogaia ( cassa 3 )
495088 47274 8:05 - 15:05 13
Tabella 3.13 : Volume massimo da invasare del Rio Castiglioncello e del Dogaia e relativo orario di chiusura delle cateratte
Si può notare che nella situazione più gravosa, il volume da invasare nelle sette ore di chiusura delle cateratte, proveniente dal sottobacino 5, è di circa 76.300 mc, quindi di poco superiore a quello che è possibile invasare.
Inoltre l’organo di chiusura sul Rio dei Ciucchi dovrà rimanere chiuso fin quando il livello dell’acqua nel Castiglioncello non permetterà la sua riapertura; pertanto il volume da dover invasare crescerà ulteriormente.
Qualora si verificasse tale situazione critica, che è ragionevole pensare sia molto rara, sarà possibile utilizzare una pompa di cantiere per pompare parte dell’acqua invasata nell’adiacente cassa 3 che, come è mostrato dalle due tabelle precedenti, in tale periodo non risulta piena.
Viceversa nelle sette ore in cui nella cassa 3 è invasato il massimo volume, il volume da invasare nella zona 4 è di circa 47.300 mc e quindi, anche prevedendo una sua crescita per lo stesso motivo sopra citato, è ragionevole pensare che non crei problemi.
Intervento n° 2
Ho previsto di potenziare l’attuale impianto idrovoro, sito immediatamente a monte delle cateratte, aumentandone la portata dagli attuali 2 mc/s a 4 mc/s. Per quanto riguarda la prevalenza si mantiene quella attuale pari a 7 metri.
Sarà dunque necessario prevedere due pompe da 2 mc/s ciascuna più una terza identica di riserva, in modo da avere comunque una garanzia contro il malfunzionamento di una delle pompe.
187.200 mc. Tale volume ovviamente andrà a sottrarsi al volume da invasare nella cassa 3; così facendo sarà necessaria una superficie minore da adibire a cassa e gli stessi argini potranno essere realizzati con quote minori in sommità.
Mi sono ovviamente accertato, consultando sia l’ Autorità di Bacino che la Provincia, che in concomitanza con una portata in Serchio di 500 mc/s, il pompaggio sopra ipotizzato sia effettivamente possibile.
Il livello dell’acqua immediatamente a valle delle cateratte non risulta cioè tale da impedire il pompaggio.
Intervento n° 3
La cassa 3 è quella preposta all’invaso dell’acqua che si accumula nei pressi delle cateratte quando queste sono chiuse.
Tale cassa è situata vicino alle cateratte, in sponda sinistra del Castiglioncello e ingloba l’alveo del Dogaia.
I due rii infatti, nel tratto immediatamente a monte delle cateratte scorrono paralleli per poco più di 100 metri.
La cassa ovviamente dovrà contenere l’acqua proveniente da entrambi i rii. L’acqua del Dogaia, come vedremo quando parleremo dell’intervento n° 4, è invasata nella cassa tramite pompaggio.
L’acqua proveniente dal Castiglioncello accede alla cassa tramite uno sfioratore realizzato nell’argine che separa i due rii poco a monte delle cateratte, tra le sezioni 14 e 13. Tale sfioratore, essendo poco più a valle interrotto il deflusso, funziona praticamente come uno stramazzo. Attraverso tale sfioratore l’acqua comincerà ad allagare la parte della cassa che si trova a sud della ferrovia e man mano che il livello salirà sottopasserà quest’ultima fino a giungere nell’ampia zona pianeggiante a nord della stessa.
Per sottopassare la ferrovia sarà utilizzato l’attuale sottopasso attraverso il quale scorre il Dogaia ed eventualmente, se necessario, ne sarà realizzato un
E’ inoltre necessario modificare il tracciato della strada che si trova a nord della ferrovia. Sarà necessario rialzare la sede stradale fino ad una quota di almeno 13 metri, a fronte degli attuali 11 metri ed inoltre essa dovrà essere situata a fianco della ferrovia; in questo modo sarà infatti possibile sottopassare sia la ferrovia che la strada con un unico sottopasso. In prossimità della stazione che si trova a sud della ferrovia e che è raggiungibile soltanto sottopassando quest’ultima, la strada ridiscenderà alla quota attuale per poi risalire in corrispondenza della “zona 4” precedentemente citata. Tale tratto in cui la strada ridiscende sarà ovviamente protetto lato nord dall’ argine della cassa. Negli altri tratti sarà invece il rilevato stradale stesso a fare da argine della cassa. Sarà pertanto necessaria un’adeguata impermeabilizzazione dello stesso.
In prossimità della stazione di Nozzano esiste un piccolo fossetto che dopo aver sottopassato la ferrovia va a congiungersi col Dogaia. Pertanto in corrispondenza del punto in cui l’argine della cassa n° 3 incrocia tale fossetto, dovrà essere previsto un organo di chiusura per evitare che l’acqua sfiorata proveniente dal Castiglioncello possa risalire verso monte ed impedire l’accesso alla stazione.
La localizzazione e l’estensione della cassa, nonché tutti gli interventi appena menzionati sono visibili nella tavola della planimetria.
Di seguito riporto le informazioni principali relative allo sfioratore e alla cassa; successivamente spiegherò i ragionamenti che mi hanno permesso di giungere a tali risultati.
Sfioratore cassa 3
Altezza dello sfioratore sul fondo ( p ) : 3,2 m Quota dello sfioratore : 12,94 – 12,9 m
Lunghezza sfioratore : 27 m
Cassa Superficie ( mq ) Volume ( mc ) Altezza media ( m ) cassa ( m ) Quota argini Quota sfioratore ( m ) Quota media p.c nella cassa ( m ) cassa
Balbano
(cassa 1) 263500 283117 1.07 12.5 12.94 - 12.90 10.6
Tabella 3.14 : Principali dati della cassa n° 3.
Per il dimensionamento della cassa e dello sfioratore ho preso in considerazione le piogge trentennali che generano rispettivamente la massima portata e il massimo volume da invasare.
A seguito di varie simulazioni, tali piogge sono risultate le seguenti:
Pioggia di 2 ore
Pioggia di 13 ore
La massima portata in arrivo alle cateratte, che è risultata pari a 27,7 mc/s, è quella che determina l’altezza massima del pelo libero a monte delle cateratte. Lo sfioratore dovrà dunque essere in grado di smaltire tale portata senza che il pelo libero possa sormontare gli argini, ma anzi, garantendo un certo franco di sicurezza.
Con le dimensioni sopra previste tale franco risulta di 30 cm, ed ovviamente aumenta quando la portata in arrivo non è quella massima.
Il profilo relativo al momento in cui transita la massima portata è riportato nella figura seguente.
Massima portata
Riporto anche la tabella di HEC-RAS relativa allo sfioratore, dalla quale si può notare come tutta la portata in arrivo venga sfiorata.
Tabella 3.15 : Dati relativi alla cassa n° 3 forniti da HEC-RAS. Si può notare come tutta la portata in arrivo venga sfiorata.
Sempre per quanto riguarda lo sfioratore, ho fissato una quota abbastanza elevata, da una parte per non limitare il volume invasabile, dall’altra per evitare che entrasse in funzione troppo spesso anche quando le cateratte sono aperte. Tuttavia, con la quota adottata, come già detto in precedenza, lo sfioratore entra comunque in funzione al passaggio del picco di piena centennale relativo alla pioggia critica.
Sempre con riferimento alla precedente simulazione ho anche determinato il volume invasato nelle casse 1 e 2 più a monte. Tale volume, nonostante subisca un aumento a causa dell’effetto diga generato dalla chiusura delle cateratte, risulta comunque notevolmente inferiore a quello che viene invasato in presenza di un evento centennale a cateratte aperte e quindi ampiamente contenibile nelle casse stesse.
Il massimo volume da invasare è quello dovuto ad una pioggia di 13 ore ed è relativo ad una chiusura delle cateratte che va dalle 8.10 alle 15.10 . Tale volume ammonta a 495.088 mc.
Ho inoltre determinato, sempre relativamente a tale pioggia, il volume invasato nelle casse 1 e 2 più a monte, volume che pertanto non finirà nella cassa 3 e quindi dovrà essere sottratto al precedente.
Dovrà inoltre essere sottratto dal volume complessivo il volume pompato con l’ impianto idrovoro che, dopo il suo potenziamento, è pari a 187.200 mc. Il volume residuo, cioè quello da invasare nella cassa 3, è pertanto pari a 283.117 mc.
La situazione è riassunta nella tabella seguente.
Tabella 3.16 :
Successivi calcoli per la
determinazione del volume residuo da invasare nella cassa n° 3.
E’ con riferimento a tale volume che ho dimensionato la cassa.
Esaminando la planimetria ho ritenuto di poter considerare una quota media del p.c. nella zona di nostro interesse pari a 10,6 m. s.l.m..
A questo punto ho determinato la superficie necessaria per invasare tale volume residuo in modo da non dover realizzare degli argini eccessivamente elevati, tanto più, il rilevato stradale che fa da argine alla cassa, dovendo ridiscendere in prossimità della stazione ed essendo gli spazi stretti è preferibile che non si trovi ad una quota eccessiva.
La presenza di ampie superfici pianeggianti a nord della ferrovia ha facilitato il perseguimento di tale obiettivo.
Volume massimo in arrivo alle cateratte
nelle sette ore di chiusura ( mc ) 495088
Volume invasato nelle stesse sette ore
nelle casse 1 e 2 ( mc ) 24771
Volume pompato dall' impianto idrovoro (
mc ) 187200
Volume residuo da invasare nella cassa 3
Di conseguenza l’altezza in cassa è di 1,07 metri, quindi il pelo libero raggiunge una quota di circa 11,7 metri.
Ho pertanto pensato di realizzare le sommità arginali della cassa ad una quota di 12,5 metri in modo da garantire un franco di 80 cm, franco che permetterebbe in caso di necessità l’ invaso di ulteriori quantità d’acqua provenienti dall’adiacente “zona 4”.
Riporto di seguito il profilo fornitomi da HEC-RAS in corrispondenza della massima portata generata dall’evento di 13 ore considerato.
Di seguito riporto invece la tabella relativa alla struttura trasversale 1con la quale ho simulato la situazione di cateratte chiuse. Si può notare come la portata sfiorata al di sopra di tale struttura sia minima, tendente a 0 mc/s come in effetti avviene nella realtà.
Tabella 3.17 : Dati relativi alla struttura trasversale con la quale ho simulato la situazione di . cateratte chiuse. Da notare come la portata al di sopra di essa sia praticamente nulla.
Nella tabella seguente, relativa alla cassa n° 3, si può notare come, anche in questo caso, tutta la portata in arrivo defluisce attraverso lo sfioratore.
Tabella 3.18 : Dati relativi alla cassa n° 3 relativi all’evento di 13 ore.
Nella tabella seguente, relativa alla cassa n° 3, si può notare come, anche in questo caso, tutta la portata in arrivo defluisce attraverso lo sfioratore.
Intervento n° 4
Per quanto riguarda il Dogaia ho pensato di realizzare un impianto idrovoro immediatamente a monte dell’ ingresso del rio nella cassa 3; ingresso che avviene attraverso l’argine della cassa stessa.
In corrispondenza dell’argine della cassa, ho quindi previsto di realizzare un organo di chiusura che impedisca il deflusso del Dogaia quando anche le cateratte più a valle si chiudono.
Adiacente alla cassa è prevista una vasca di accumulo nella quale si accumuleranno le prime acque che sopraggiungendo trovano il deflusso impedito e nella quale sarà alloggiato l’impianto idrovoro. Tale accumulo determinerà un innalzamento del livello che consentirà il pescaggio dell’acqua da parte delle pompe. Oltre a ciò, l’alloggiamento delle pompe sarà realizzato alla stessa quota del fondo alveo.
Ho adottato tale soluzione poiché man mano che la cassa 3 si riempie provocherebbe il rigurgito del livello liquido del Dogaia.
In altre parole, il livello che man mano viene raggiunto nella cassa verrebbe raggiunto anche nel Dogaia stesso se i due non sono separati. Ciò provocherebbe il progressivo innalzamento del livello liquido nel Dogaia e quindi, non essendo quest’ultimo arginato, l’allagamento della campagna circostante.
L’ipotesi di arginare il rio è stata scartata poichè, essendo la zona di interesse completamente pianeggiante, l’arginatura si sarebbe dovuta protrarre per un lungo tratto fino ad arrivare ben oltre l’abitato di Nozzano, in corrispondenza del quale il rio scorre intubato.
L’arginatura infatti si sarebbe dovuta realizzare fin dove il p.c. si trova ad una quota superiore a quella massima che il livello liquido può raggiungere in cassa e quindi all’incirca pari ad 11,7 – 11,8 m s.l.m..
Anche a cateratte aperte, tale scolo sarebbe possibile solo realizzando dei piccoli cunicoli all’ interno dell’argine con dei clapè unidirezionali che impediscano la risalita dell’acqua del Dogaia.
Perdipiù la soluzione adottata permette di mantenere una certa separazione tra le acque alte del sistema Balbano – Castiglioncello e le acque basse del Dogaia, separazione che, se possibile, è sempre bene mantenere.
Per determinare le caratteristiche dell’ impianto idrovoro ho effettuato varie simulazioni relative a varie durate dell’ evento sul bacino.
In particolare, per una durata dell’evento di 13 ore, che è quella che determina il massimo volume complessivo da invasare nella cassa 3, la portata massima del Dogaia è pari a 8,7 mc/s.
Ho poi determinato la durata dell’evento che determina la massima portata in assoluto del Dogaia; tale durata è di 9 ore e la portata massima ammonta a 9,18 mc/s.
L’ impianto idrovoro dovrà pompare tutta l’acqua in arrivo all’interno della cassa, pertanto dovrà avere le seguenti caratteristiche:
portata : 9 mc/s prevalenza : 3,5 m
Si utilizzeranno quindi 3 pompe da 3 mc/S ciascuna più una quarta di riserva per garantirsi da un eventuale malfunzionamento.
Le portate sopra menzionate si verificano rispettivamente 50 minuti e 1 ora dopo la riapertura delle cateratte, tuttavia è ipotizzabile che l’impianto idrovoro dovrà rimanere in funzione per un ulteriore periodo dopo la riapertura di quest’ultime fin tanto che il livello in cassa non sia ridisceso ad una quota tale da permettere la riapertura dell’organo di chiusura sul Dogaia e quindi il normale deflusso di quest’ultimo.
Pertanto è ragionevole pensare che anche tali portate debbano essere pompate all’interno della cassa.
immediatamente dopo la riapertura delle cateratte qualora la portata pompata ( che come abbiamo visto si avvicina alla massima )fosse maggiore di quella in uscita.
Da tale calcolo, ipotizzando che per la riapertura totale della cateratta si impieghi circa 1 ora ( 25 cm ogni 5 minuti ), e considerando le cateratte stesse, inizialmente come una luce a battente, nei primi 5 minuti si registra un aumento del livello di circa 1 mm, del tutto ininfluente. Ciò era comunque prevedibile vista l’elevata superficie della cassa.
Riporto infine l’idrogramma di piena del Dogaia per una durata dell’evento di 13 ore nel quale si evidenzia il volume che l’impianto dovrà pompare in cassa nelle sette ore di chiusura delle cateratte.
Idrogramma di piena del Dogaia
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0 10 00 11 00 12 00 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 20 00 21 00 22 00 23 00 t ( min ) Q ( m c/ s ) pioggia : 13 ore Tr = 30
Figura 3.14 : Idrogramma di piena del Dogaia dovuto ad una pioggia di 13 ore con Tr = 30
anni. Sono evidenziate le sette ore di chiusura delle cateratte che comportano il maggior volume complessivo da invasare.
3.4 Conclusioni
La presente tesi ha avuto come oggetto lo studio idrologico ed idraulico del bacino dei Rii Balbano e Castiglioncello, bacino facente parte della zona dell’ Oltreserchio, zona da sempre particolarmente problematica da un punto di vista idraulico.
Il sistema idraulico oggetto di studio presenta infatti allo stato attuale una pressoché completa insufficienza nei riguardi di eventi centennali ed in alcuni punti anche nei confronti di eventi trentennali.
Vista dunque la gravità della situazione mi sono posto come obiettivo la messa in sicurezza dei due rii nei confronti di eventi centennali, obiettivo senzaltro ragionevole ed allo stesso tempo importante per la zona stessa. Contemporaneamente ho posto attenzione all’interazione del sistema suddetto con il fiume Serchio.
Un’ interazione piuttosto importante visto che comporta la chiusura delle cateratte più o meno ogni due anni.
Si è dunque posta l’esigenza, in presenza di cateratte chiuse, di invasare il volume d’acqua trasportato dal nostro sistema in apposite zone in modo da evitare l’allagamento incontrollato della campagna circostante.
A riguardo gli interventi proposti garantiscono la sicurezza fino al caso di contemporaneità di un evento biennale in Serchio ( portata intorno ai 550 - 600 mc/s ) con un evento trentennale sul bacino oggetto di studio.
Anche in questo caso l’obiettivo raggiunto è senz’altro rilevante, per di più, dall’esame planimetrico e morfologico della zona risulta evidente che tale livello di sicurezza è il massimo che si possa garantire.
E’ infatti inimmaginabile, a meno di non voler realizzare interventi inauditi e forse sproporzionati per l’importanza del sistema stesso, prendere in considerazione eventi in Serchio aventi un maggior tempo di ritorno e determinanti una chiusura delle cateratte per un minimo di 12 ore fino ad un giorno intero è più.
contesto attuale della zona, nonché alla loro ragionevolezza in relazione all’importanza della zona stessa.
Riporto di seguito un breve riepilogo degli interventi proposti.
Cateratte aperte
Risagomatura delle sezioni e rialzamento degli argini per non più di 1 metro pressoché lungo l’intero sistema
Allargamento dei tratti tombati del Rio Balbano
Aumento delle dimensioni delle cateratte sul Rio Castiglioncello ( realizzazione di una nuova oltre quella attuale )
Realizzazione di due casse d’espansione in derivazione, una sul Rio Balbano, una sul castiglioncello
Cateratte chiuse
Scollegamento del sottobacino 5 dal sistema ed individuazione apposita zona per l’invaso ( annesse opere di chiusura e
arginatura )
Potenziamento dell’ attuale impianto idrovoro alle cateratte Realizzazione di un ulteriore cassa di laminazione con accesso nei pressi delle cateratte
Realizzazione di un nuovo impianto idrovoro per il pompaggio delle acque del Dogaia nella cassa ( annessa opera di