STUDIO IDROLOGICO IDRAULICO

(1)

COMUNE DI TERRICCIOLA

Provincia di PISTOIA

STUDIO IDROLOGICO IDRAULICO A SUPPORTO DEL PIANO OPERATIVO DEL COMUNE DI TERRICCIOLA

STUDIO IDROLOGICO IDRAULICO

Committente: Responsabile Unico del Procedimento:

COMUNE DI TERRICCIOLA

Geom. A. Bassi

CODICE ELABORATO

SCALA

2 0 2 0 I D R 0 0 7 R E L

ANNO LIVELLO ID.PROG. TIPO NUMERO

Oggetto dell'elaborato:

Progettazione:

H.S. INGEGNERIA srl

Via Di Bonistallo 39 50053 Empoli (FI) Tel. e Fax 0571-725283 e.mail info@hsingegneria.it web www.hsingegneria.it P.IVA 01952520466

Dott. Ing. SIMONE POZZOLINI

Ordine degli Ingegneri della Provincia di Firenze n.4325

Dott. Ing. PAOLO PUCCI

Ordine degli Ingegneri della Provincia di Frenze n.4824

Collaboratori:

Ing. Daniele Pagli Ing. Giordano Rosadoni Ing. Elisa Orlandi

DATA EMISSIONE REVISIONE

-

DATA PRIMA EMISSIONE

Marzo 2020

0 0 1

Relazione idrologica idraulica: reticolo minore (L.R. 79/2012)

(2)

Indice generale

1. PREMESSA...2

2. CORSI D’ACQUA OGGETTO DI STUDIO...3

3. RELAZIONE IDROLOGICA...6

3.1. Caratteristiche geomorfologiche dei bacini idrografici...8

3.2. Definizione degli afflussi: curva di possibilità pluviometrica...11

3.3. Definizione degli afflussi: ietogramma di progetto e fattore di ragguaglio...17

3.4. Le perdite di bacino: il metodo CN...18

3.5. Trasformazione afflussi netti – deflussi...22

3.5.1. L'idrogramma SCS...22

3.6. Propagazione dei deflussi...23

3.7. Risultati della modellazione idrologica: portate massime e idrogrammi di piena...24

4. RELAZIONE IDRAULICA...40

4.1. Modello di calcolo a moto vario monodimensionale...40

4.1. Modello di calcolo a moto vario bidimensionale...41

4.2. Caratteristiche geometriche del modello idraulico...43

4.3. Parametri di scabrezza e coefficienti di perdita concentrata...44

4.4. Condizioni al contorno ed idrogrammi di piena...45

4.5. Ipotesi di simulazione specifiche per tratti tombati a sezione ridotta...47

4.6. Scenari simulati...51

5. ANALISI DEI RISULTATI...52

6. ALLEGATI...53

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PROGETTO ELABORATO Studio idrologico idraulico a supporto del Piano Operativo del Comune di Terricciola: reticolo minore Relazione idrologico-idraulica

1. PREMESSA

La presente indagine idrologica ed idraulica è redatta ai fini dell’aggiornamento del quadro conoscitivo degli strumenti della pianificazione territoriale e urbanistica del Comune di Terricciola (Pi).

L'indagine è redatta ai sensi del Decreto del Presidente della Giunta Regionale 25 Ottobre 2011 n.53/R “Regolamento di attuazione dell'articolo 62 della legge regionale 3 gennaio 2005, n.1 (Norme per il governo del territorio)” in materia di indagini geologiche, di seguito denominato DPGR n.53/R e della L.R. 41/2018 del 24 luglio 2018 “Disposizioni in materia di rischi alluvioni e di tutela dei corsi d'acqua in attuazione del decreto legislativo 23 febbraio 2010 n 49 (Attuazione della direttiva 2007/60/CE relativa alla valutazione e alla gestione dei rischi di alluvioni)”.

Le analisi sono state condotte per le aree indicate di interesse da parte delle Amministrazioni Comunali in quanto potenzialmente interessate da previsioni insediative e infrastrutturali.

Nel seguito, dopo un inquadramento generale relativo ad i corsi d’acqua oggetto di analisi, si procede dapprima con l'analisi idrologica dei corsi d'acqua di interesse, successivamente viene descritta la modellazione idraulica implementata per la definizione delle aree di esondazione trentennali e duecentennali e delle relative classi di magnitudo ai sensi della L.R. 41/2018.

Si precisa che tale studio viene redatto a supporto del procedimento di adozione del nuovo Piano Operativo, come espressamente richiesto dall’Amministrazione Comunale, e potrà essere oggetto di revisione in sede di approvazione del nuovo Piano Operativo. I corsi d’acqua presi in esame sono affluenti minori del fiume Era e del torrente Sterza. La pericolosità idraulica indotta da tali corsi d’acqua per eventi trentennali e duecentennali non risulta riportata nelle vigenti carte del Piano Gestione Rischio Alluvioni (PGRA) del Distretto Appennino Settentrionale, come dimostrato anche da eventi critici verificatisi più volte per l’area de La Rosa, a causa di criticità legate ai tombamenti esistenti sul reticolo minore.

Il fiume Era fa parte del reticolo principale del PGRA, per cui per lo studio dei corsi d’acqua affluenti risulterebbe necessario che il Distretto fornisse il dato relativo ad i livelli del fiume Era, da assumersi come condizione al contorno di valle nei modelli degli affluenti. Lo studio del fiume Era risulta tuttavia attualmente in corso da parte della scrivente società, su mandato dei Comuni di Ponsacco e Terricciola. Poiché i tempi di redazione degli studi sull’Era (anche per la necessità di coinvolgere diverse amministrazioni comunali su un ambito esteso) non risultano compatibili con le tempistiche indicate dall’Amministrazione per l’adozione del Piano Operativo, e poiché, d’altra parte, l’adozione con le vigenti cartografie del PGRA risulterebbe poco cautelativa per il territorio comunale in termini di estensione delle aree a rischio, si è ritenuto opportuno procedere con lo studio del reticolo minore già in questa prima fase legata all’adozione del P.O., coscienti del fatto che in sede di approvazione del P.O. (ed a seguito del completarsi dello studio generale sull’Era), potranno aversi modifiche

(4)

al completamento dello studio generale a scala di bacino dell’Era.

2. CORSI D’ACQUA OGGETTO DI STUDIO

I corsi d’acqua oggetto di studio sono i seguenti:

• torrente Rosciano (codice BV13168 tratto terminale del corso d’acqua ai sensi della L.R.79/2012) ;

• botro del Ponticello (codice BV13664 tratto terminale del corso d’acqua ai sensi della L.R.79/2012);

• corsi d’acqua minori individuati nel reticolo della L.R.79/2012 con i codici BV14388, BV14270, BV142779, BV14399, BV14287 e BV14048, interessanti la zona de La Rosa nel Comune di Terricciola;

• corsi d’acqua minori individuati nel reticolo della L.R.79/2012 con i codici BV14540, BV14595, BV14575, BV14831 e BV14572, interessanti la zona a Sud de La Rosa nel Comune di Terricciola;

• Botro dei Casalini (codice BV15007 tratto terminale del corso d’acqua ai sensi della L.R.79/2012);

• corsi d’acqua minori affluenti dello Sterza: Botro del Vallone (BV15592), Botro di Val di Pava (BV 15719), Botro di Fontimora (BV 15906) e BV16076

(5)

La seguente figura riporta su base foto aerea i corsi d’acqua oggetto di studio, con le relative denominazioni.

La seguente figura riporta per il territorio comunale di Terricciola un estratto della pericolosità idraulica da Piano di Gestione Rischio Alluvioni dell’Autorità di Distretto Appennino Settentrionale con sovrapposto il reticolo idrografico di riferimento della L.R.

79/2012:

Figura 1: corsi d'acqua oggetto di studio

(6)

Figura 2: estratto PGRA Comune Terricciola

(7)

3. RELAZIONE IDROLOGICA

La modellazione idrologica è stata effettuata con l'utilizzo del software HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center – Hydrologic Modeling System) prodotto dal Corpo degli Ingegneri dell'esercito americano (USACE).

Sono state determinate le portate di piena e gli idrogrammi di massima piena per tempi di ritorno pari a 30 e 200 anni. Le seguenti figure riportano le planimetrie dei modelli di bacino implementati su HMS.

Figura 3: Modello dei bacini su HMS

(8)

Figura 4: dettaglio bacini zona La Rosa, Comune di Terricciola

(9)

3.1. Caratteristiche geomorfologiche dei bacini idrografici

I bacini idrografici in esame sono stati ricavati dalle elaborazioni condotte sui dati del DTM 10x10 e del Lidar della Regione Toscana con il software Qgis, provvedendo ad eventuali modifiche sulla base di mirati sopralluoghi sul posto e della diversa cartografia disponibile.

La tabella seguente riporta le principali caratteristiche geomorfologiche dei bacini in studio, desunte sulla base dei dati DTM 10x10 della Regione Toscana. In essa A indica l'area del bacino, zmax la quota massima del bacino, z0 la quota del bacino alla sezione di chiusura, ib

la pendenza media di bacino, Lmax la lunghezza del massimo percorso idraulico, ia la pendenza media dell'asta principale e Ab la percentuale dell’area boscata di ogni bacino

(10)

Bacino [kmq] [m slm] [m slm] [m/m] [km] [m/m] [%]

Rosciano 8.28 194.39 69.21 0.195 6.979 0.079 17.04

Ponticello 1.21 130.55 34.48 0.151 2.638 0.086 14.42

BV14540 0.23 146.35 53.00 0.138 0.862 0.067 2.207

BV14595 0.04 64.58 53.00 0.052 0.167 0.046 0

BV14575

(interbacino) 0.05 59.00 45.90 0.037 0.340 0.033 0

BV14572

(interbacino) 0.16 51.26 39.84 0.028 0.596 0.029 1.73

BV14831 0.84 176.19 45.66 0.156 2.100 0.055 2.62

Casalini 2.91 210.49 42.96 0.192 3.563 0.077 8.57

Vallone 0.24 139.84 58.90 0.170 0.995 0.190 45.42

Val di Pava 0.21 163.00 62.17 0.305 0.830 0.170 0

Fontimora 0.41 162.23 62.81 0.245 1.213 0.234 47.97

BV16076 0.22 136.64 69.21 0.199 1.018 0.176 29.09

B_3 0.019 62.91 56.43 0.068 0.249 0.086 0

B_4.1 0.060 99.43 57.47 0.091 0.708 0.096 0

B_4.2 0.11 57.89 49.33 0.049 0.530 0.070 0

B_4.3 0.03 55.27 47.69 0.062 0.244 0.164 0

B_5 0.06 126.23 53.86 0.138 0.950 0.151 0.38

B_6.1 0.14 124.92 56.31 0.123 1.092 0.141 6.71

B_6.2 0.04 56.51 49.16 0.054 0.475 0.021 0

B_AI_1 0.06 57.68 47.70 0.067 0.251 0.003 0

B_AI_2 0.04 50.73 47.12 0.039 0.197 0.003 0

B_7 0.28 118.69 52.59 0.107 1.447 0.111 1.09

B_8 0.04 103.35 52.93 0.145 0.759 0.168 10.11

B_10 0.08 51.00 47.94 0.042 0.452 0.082 0

(11)

Figura 5: bacini idrografici oggetto di indagine su base ortofoto Figura 6: bacini idrografici oggetto di indagine su base DTM10x10

(12)

3.2. Definizione degli afflussi: curva di possibilità pluviometrica

Per la stima delle piogge intense è stato utilizzato il modello TCEV, facendo riferimento alle curve di possibilità pluviometrica dedotte nell'ambito dell' ”Accordo di Collaborazione Scientifica RT-UNIFI - Analisi di frequenza regionale delle precipitazioni estreme”, di cui alla DGRT 1133/2012, basate sulle elaborazioni dei dati di pioggia aggiornati fino al 2012.

Il modello a doppia componente TCEV interpreta gli eventi massimi annuali come il risultato di una miscela di due popolazioni distinte: la prima relativa agli eventi massimi ordinari, più frequenti ma meno intensi, e la seconda agli eventi massimi straordinari, meno frequenti e spesso catastrofici. La distribuzione TCEV ha espressione:

,

dove indica la probabilità di non superamento del valore x della generica variabile casuale X mentre e sono i quattro parametri (positivi) della distribuzione.

La forma canonica della distribuzione (1) è:

Per la stima dei parametri della distribuzione è stato seguito un approccio gerarchico di regionalizzazione.

Attraverso l'analisi di frequenza regionale sono state stimate su tutto il territorio regionale le altezze di pioggia per le durate 1, 3, 6, 12, 24 ore ed i tempi di ritorno 2, 5, 10, 20, 30, 50, 100, 150, 200, 500. Attraverso una regressione lineare sono stati calcolati i parametri delle linee segnalatrici di possibilità pluviometrica a ed n, grazie ai quali è possibile calcolare, per qualsiasi durata, in qualsiasi punto del territorio regionale l'altezza di pioggia per i tempi di ritorno 2, 5, 10, 20, 30, 50, 100, 150, 200, 500. I parametri a ed n forniti sono in formato raster, risoluzione 1kmx1km.

(13)

Le figure seguenti riportano le griglie relative ad i parametri a ed n per l'area di interesse, per i tempi di ritorno di 30 e 200 anni:

Figura 7: suddivisione dell'area di studio in regioni omogenee

(14)

Figura 8: griglia del parametro a per Tr 30

Figura 10: griglia del parametro n per Tr 30 Figura 9: griglia del paramentro a per Tr=30

(15)

Figura 11: griglia parametro n per Tr=30

(16)

Figura 12: griglia parametro a per Tr=200

(17)

Date le ridotte differenze tra i valori di a ed n relativi ai sottobacini in esame si è assunta un’unica curva valida per tutta l’area di studio.

Le curve pluviometriche di tempo di ritorno trentennale e duecentennale per i bacini in esame hanno le seguenti espressioni:

h30 = 57.246 t^0.268 h200 = 79.664 t^0.293

Figura 13: griglia parametro n per Tr=200

(18)

Sono state prese in esame piogge di durata pari a 0.25, 0.5, 1, 2 e 3 ore. Le curve fornite dalla Regione Toscana hanno validità fino a durate di pioggia di 30 minuti. Per la durata di 15 minuti si è ricorso alle indicazioni da letteratura tecnica¹ relativamente ai rapporti caratteristici tra altezze di pioggia di durata oraria e altezze di pioggia a scala suboraria.

3.3. Definizione degli afflussi: ietogramma di progetto e fattore di ragguaglio

Nelle simulazioni condotte si è fatto riferimento a ietogrammi triangolari con picco di intensità posto al 70% della durata dell’evento di precipitazione (r = 0.7).

Considerate le ridotte dimensioni dei bacini, non si è cautelativamente effettuato il ragguaglio delle piogge all’area, ovvero è stato considerato un fattore di riduzione areale (ARF) unitario.

La scelta di adottare lo ietogramma suddetto risulta dalle analisi condotte su alcuni ietogrammi di eventi critici storici a breve durata che hanno interessato il reticolo minore affluente dell’Era, condotte nell’ambito dello “Studio idrologico e valutazioni idrauliche preliminari di alcuni attraversamenti stradali posti lungo la SRT 439 in località La Rosa – Poggio Carfuglieto”, (H. S. Ingegneria, Comune di Terricciola, 2017), cui si rimanda per eventuali approfondimenti.

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Figura 14: grafico di Huff relativo ad alcuni eventi localizzati sul Comune di Terricciola nel periodo 2011-2017. La forma dello ietogramma medio è approssimabile ad uno ietogramma triangolare con picco pari a 0.7 volte la durata di pioggia.

3.4. Le perdite di bacino: il metodo CN

Per la valutazione delle perdite di bacino si è utilizzato il metodo CN. Nella stima dei dati di perdita si è fatto riferimento ai dati più aggiornati disponibili sul sito della Regione Toscana. Per l'assegnazione del parametro CN si è fatto riferimento alla specifica tabella riportata in “Macroattività B - Modellazione idrologica Attività B2: Modellazione idrologica caso pilota. Implementazione modello distribuito per la Toscana MOBIDIC. Addendum:

parametrizzazione HMS” (Università di Firenze, Regione Toscana, 2014). I dati di uso del suolo derivano dal database UCS 2007-2016 della Regione Toscana (USO_E_COPERTURA_DEL_SUOLO_REGIONE_TOSCANA\ucs2016_shapefile\SHP\

UCS_07_16.shp), mentre i dati relativi al gruppo idrologico dei suoli derivano dal DB Pedologico regionale (DBPedologico_Regione_Toscana\DBPedologico_Regione_Toscana\

dbpedologico_rt.qgs).

Si è tuttavia effettuata una correzione a tale tabella in merito ad i valori assegnati alle aree boscate (codici Corine 311, 312 e 313), sulla base delle indicazioni di cui alle tabelle del metodo CN redatte dall'USDA Natural Resources Conservation Service(Tabella 9-1, National Engineering Handbook, part 630 Hydrology, Chapter 9: Hydrologic Soil Cover complexes), come da tabella seguente:

(20)

Tabella 2: parametro CN per le aree boscate. Per la colonna A dei valori USDA si sono assunti gli stessi valori proposti dalla Regione Toscana, in assenza di indicazioni sul National Engineering Handbook, part 630 Hydrology.

(21)

(generalmente Ia = 0.2 S, come nel presente caso). La valutazione di S è ricondotta a quella dell'indice CN, secondo la seguente relazione, valida per S espressa in mm:

S=254⋅

(

¹⁰⁰^CN⁻¹

)

Di seguito si riporta una tabella riassuntiva dei parametri CN assegnati ai vari sottobacini. Si riporta il valore del CN in condizioni di umidità 3 (suolo saturo), con cui sono stati eseguiti i

Figura 16: distribuzione del parametro CNIII nell'area di studio

(22)

Bacini CNIII

Rosciano 87.2

Ponticello 89.3

BV14540 88.8

BV14595 93.79

BV14575

(interbacino) 93.1

BV14572

(interbacino) 93.05

BV14831 89.06

Casalini 90.85

Vallone 81.92

Val di Pava 75.83

Fontimora 81.74

BV16076 85.49

B_3 96.11

B_4.1 92.05

B_4.2 93.21

B_4.3 92.96

B_5 92.23

B_6.1 91.29

B_6.2 94.04

B_AI_1 96.73

B_AI_2 95.93

B_7 92.03

B_8 87.9

B_10 93.26

B_11 92.79

Tabella 3: parametro CN III per i bacini in esame

(23)

3.5. Trasformazione afflussi netti – deflussi

Per la trasformazione afflussi netti deflussi è stato usato il metodo dell'idrogramma SCS (SCS Hydrograph).

3.5.1. L'idrogramma SCS

L’idrogramma del Soil Conservation Service (SCS) americano è un’idrogramma adimensionale definito in base all’analisi di idrogrammi di piena in uscita dalla sezione di chiusura di numerosi bacini idrografici strumentati, di dimensioni grandi e piccole. Per la sua definizione è necessario specificare l'area del bacino, il fattore di picco e il tempo di ritardo.

Il fattore di picco (Peaking Factor) è un coefficiente che definisce i volume di acqua nei rami crescente e decrescente dell'idrogramma. Il NOHRSC (National Operational Hydrologic Remote Sensing Center) suggerisce di impostare il fattore di picco sulla base delle caratteristiche del bacino idrografico, in particolare grado di urbanizzazione e caratteristiche morfologiche.

Il tempo di ritardo TL del bacino idrografico può essere valutato a partire dal tempo di corrivazione Tc secondo la relazione: ^TL=3

5⋅T_c .

Per la stima di tale parametro sono state prese in esame le relazioni seguenti:

T_c=

Lm^0.8⋅(( 1000

(CN 2)−10)+1)^0.7 (1140⋅Sw^0.5)

US SCS

T_c=0.191⋅(L^0.76

I^0.19) Corps Engineers

T_c=0.02221⋅( L

√

^I⁾

0.8

Kirpich, Chow, Watt, Pezzoli

Tc=0.675

√

^A ^Ferro

T_c=0.26⋅(L^0.82⋅(1+S 02)^0.13

Sw^0.2 ) Bocchiola, De Michele, Pecora, Rosso con L lunghezza dell'asta principale in m, I pendenza media del corso d’acqua principale, A area del bacino i kmq, Sw pendenza media del bacino, Tc espresso in ore.

I valori forniti dalle diverse formule sono stati confrontati tra loro e con il valore del tempo di corrivazione stimato attraverso il calcolo del tempo di percorrenza attraverso il percorso

(24)

Manning per il deflusso in canali e corsi d’acqua e la formula dell’overland flow per il motoi

delle particelle d’acqua sui versanti, secondo la relazione:

T_c=

∑

^lⁱ

V_i

I tempi di ritardo così stimati per i bacini in esame sono riportati nella seguente tabella, unitamente ai valori del fattore di picco PRF:

Bacini Lag Time [min] PRF

Rosciano 46.8 400

Ponticello 24.12 400

BV14540 7.41 400

BV14595 3.42 400

BV14575

(interbacino) 5.04 300

BV14572

(interbacino) 18.72 300

BV14831 18.8 400

Casalini 39.6 400

Vallone 14.4 400

Val di Pava 15.01 400

Fontimora 19.8 400

BV16076 19.8 400

B_3 3.45 400

B_4.1 6.49 400

B_4.2 8.58 300

B_4.3 4.36 300

B_5 7.26 400

B_6.1 7.86 400

B_6.2 8.1 300

B_AI_1 4.36 300

B_AI_2 4.09 300

B_7 10.83 400

B_8 5.48 400

B_10 6.98 300

B_11 16.33 300

(25)

K=Δx/c

X=1

2⋅(1− Q

BS₀cΔ x) c=dQ

dA

in cui Δx è l’intervallo di discretizzazione spaziale, Δt il passo temporale di calcolo, c la celerità di traslazione dell’onda, S_o la pendenza di fondo ed A l’area liquida.Con tale metodo i valori dei coefficienti K ed X del metodo di Muskingum vengono calcolati in base alle caratteristiche del corso d’acqua.

Reach Lenght [m]

Slope

[m/m] Manning’s n Shape L.B Manning’s n

R.B

Manning’s n Side Slope

R_14575 332 0.033 0.035 Eight point 0.04 0.04 -

R_14574 550 0.029 0.035 Eight point 0.04 0.04 -

R_J4-J4.1 178 0.202 0.035 Eight point 0.035 0.035 -

R_J4.1-J5 250 0.162 0.035 Trapezoid - - 1

R_J5-J6 133 0.474 0.035 Trapezoid - - 1

R_J6-J9 1114 0.246 0.035 Trapezoid - - 1

R_J2-J3 223 0.094 0.035 Trapezoid - - 1

R_J3-J5 244 0.164 0.035 Trapezoid - - 1

Tabella 5: parametri elementi "reach".

3.7. Risultati della modellazione idrologica: portate massime e idrogrammi di piena

Sulla base di quanto sopra esposto è stato implementato il modello idrologico dell'area di studio. Sono state eseguite simulazioni per tempi di ritorno 30 e 200 anni con durata di pioggia pari a 0.5-1-2 h-3h.

Le simulazioni idrologiche sono individuate da un codice nella forma ITTRxxxTPyyyH, dove IT sta ad indicare che si sono impiegati ietogrammi triangolari xxx, TR indica il tempo di ritorno in anni ed yyy, TP la durata di pioggia espressa in ore.

La tabella seguente riporta i valori massimi di portata per tempi di ritorno di 30 e 200 anni, per i diversi scenari esaminati e per i diversi elementi di modellazione:

(26)

Rosciano

0.5 36.99 62.19

1 49.50 82.31

2 59.36 97.25

3 59.63 96.45

Ponticello

0.5 11.64 18.86

1 14.10 22.52

2 13.58 21.31

3 11.85 18.46

BV14540

0.5 5.21 8.33

1 4.50 7.02

2 3.25 5.04

3 2.58 3.99

BV14595

0.5 1.39 2.04

1 1.01 1.48

2 0.67 0.98

3 0.51 0.75

BV14575

0.5 1.47 2.19

1 1.17 1.73

2 0.80 1.19

3 0.62 0.93

BV14572

0.5 1.88 2.87

1 2.17 3.29

2 1.99 3.00

3 1.71 2.57

(27)

Bacino Tp (ore) Q30 (mc/sec) Q200 (mc/sec)

3 25.63 39.65

Vallone

0.5 2.20 4.01

1 2.63 4.60

2 2.36 4.01

3 2.03 3.40

Val di Pava

0.5 1.15 2.39

1 1.56 3.03

2 1.55 2.86

3 1.38 2.51

Fontimora

0.5 2.81 5.17

1 3.65 6.48

2 3.649 6.25

3 3.25 5.49

BV16076

0.5 1.96 3.38

1 2.41 4.05

2 2.29 3.74

3 1.99 3.22

B_3

0.25 0.88 1.332

0.5 0.79 1.11

1 0.53 0.76

2 0.34 0.49

B_4.1

0.25 1.44 2.36

0.5 1.73 2.62

1 1.37 2.06

2 0.94 1.41

B_4.2

0.25 1.77 2.84

0.5 2.40 3.61

1 2.20 3.28

2 1.64 2.44

B_4.3 0.25 0.87 1.40

0.5 0.98 1.47

(28)

1 0.76 1.13

2 0.52 0.77

B_5

0.25 1.28 2.08

0.5 1.58 2.39

1 1.28 1.92

2 0.89 1.33

B_6.1

0.25 2.76 4.61

0.5 3.60 5.53

1 3.03 4.59

2 2.15 3.25

B_6.2

0.25 0.72 1.13

0.5 0.94 1.40

1 0.84 1.23

2 0.61 0.90

B_AI_1

0.25 2.27 3.37

0.5 2.31 3.27

1 1.69 2.39

2 1.10 1.58

B_AI_2

0.25 1.38 2.08

0.5 1.41 2.02

1 1.03 1.47

2 0.68 0.98

B_7

0.25 4.40 7.27

0.5 6.10 9.34

(29)

Bacino Tp (ore) Q30 (mc/sec) Q200 (mc/sec)

0.5 2.02 3.03

1 1.74 2.59

2 1.25 1.85

B_11

0.25 6.20 10.09

0.5 9.25 14.11

1 10.35 15.72

2 9.15 13.78

Tabella 6: portate massime per Tr30 e Tr200 per i bacini di interesse

(30)

I grafici seguenti riportano gli idrogrammi per i bacini di interesse.

10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00

01J an2000

Flow (cms)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

ROSCIANO RUN:ITTR030TP0.5H FLOW ROSCIANO RUN:ITTR030TP1H FLOW ROSCIANO RUN:ITTR030TP2H FLOW ROSCIANO RUN:ITTR030TP3H FLOW ROSCIANO RUN:ITTR200TP0.5H FLOW ROSCIANO RUN:ITTR200TP1H FLOW ROSCIANO RUN:ITTR200TP2H FLOW ROSCIANO RUN:ITTR200TP3H FLOW

Figura 17: Idrogrammi di piena alla sezione di chiusura del bacino Rosciano per eventi ItTr30Tp0.5h,1h,2h,3h ed ItTr200Tp0.5h,1h,2h,3h

Flow (cms)

3 4 5 6 7 8 9

(31)

10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00

01J an2000

Flow (cms)

0 5 10 15 20

PONTICELLO RUN:ITTR030TP0.5H FLOW PONTICELLO RUN:ITTR030TP1H FLOW

PONTICELLO RUN:ITTR030TP2H FLOW PONTICELLO RUN:ITTR030TP3H FLOW

PONTICELLO RUN:ITTR200TP0.5H FLOW PONTICELLO RUN:ITTR200TP1H FLOW

PONTICELLO RUN:ITTR200TP2H FLOW PONTICELLO RUN:ITTR200TP3H FLOW

Figura 20: Idrogrammi di piena alla sezione di chiusura del bacino Ponticello per eventi

10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00

01J an2000

Flow (cms)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

BV14574 RUN:ITTR030TP0.5H FLOW BV14574 RUN:ITTR030TP1H FLOW BV14574 RUN:ITTR030TP2H FLOW BV14574 RUN:ITTR030TP3H FLOW BV14574 RUN:ITTR200TP0.5H FLOW BV14574 RUN:ITTR200TP1H FLOW BV14574 RUN:ITTR200TP2H FLOW BV14574 RUN:ITTR200TP3H FLOW

Figura 19: Idrogrammi di piena alla sezione di chiusura dell'interbacino BV14572 per eventi ItTr30Tp0.5h,1h,2h,3h ed ItTr200Tp0.5h,1h,2h,3h

(32)

10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 01J an2000

Flow (cms)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

BV14575 RUN:ITTR030TP0.5H FLOW BV14575 RUN:ITTR030TP1H FLOW

BV14575 RUN:ITTR030TP2H FLOW BV14575 RUN:ITTR030TP3H FLOW

BV14575 RUN:ITTR200TP0.5H FLOW BV14575 RUN:ITTR200TP1H FLOW

BV14575 RUN:ITTR200TP2H FLOW BV14575 RUN:ITTR200TP3H FLOW

Figura 21: Idrogrammi di piena alla sezione di chiusura dell'interbacino BV14575 per eventi ItTr30Tp0.5h,1h,2h,3h ed ItTr200Tp0.5h,1h,2h,3h

Flow (cms)

10 15 20 25 30 35 40 45

(33)

10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00

01J an2000

Flow (cms)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

VALLONE RUN:ITTR030TP0.5H FLOW VALLONE RUN:ITTR030TP1H F LOW VALLONE RUN:ITTR030TP2H F LOW VALLONE RUN:ITTR030TP3H F LOW VALLONE RUN:ITTR200TP0.5H FLOW VALLONE RUN:ITTR200TP1H F LOW VALLONE RUN:ITTR200TP2H F LOW VALLONE RUN:ITTR200TP3H F LOW

Figura 23: Idrogrammi di piena alla sezione di chiusura del bacino Vallone per eventi ItTr30Tp0.5h,1h,2h,3h ed ItTr200Tp0.5h,1h,2h,3h

10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00

01J an2000

Flow (cms)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

VAL DI PAVA RUN:ITTR030TP0.5H FLOW VAL DI PAVA RUN:ITTR030TP1H FLOW

VAL DI PAVA RUN:ITTR030TP2H FLOW VAL DI PAVA RUN:ITTR030TP3H FLOW

VAL DI PAVA RUN:ITTR200TP0.5H FLOW VAL DI PAVA RUN:ITTR200TP1H FLOW

VAL DI PAVA RUN:ITTR200TP2H FLOW VAL DI PAVA RUN:ITTR200TP3H FLOW

Figura 24: Idrogrammi di piena alla sezione di chiusura del bacino Val di Pava per eventi

(34)

10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 01J an2000

Flow (cms)

0 1 2 3 4 5 6 7

FONTIMORA RUN:ITTR030TP0.5H F LOW FONTIMORA RUN:ITTR030TP1H F LOW

FONTIMORA RUN:ITTR030TP2H F LOW FONTIMORA RUN:ITTR030TP3H F LOW

FONTIMORA RUN:ITTR200TP0.5H F LOW FONTIMORA RUN:ITTR200TP1H F LOW

FONTIMORA RUN:ITTR200TP2H F LOW FONTIMORA RUN:ITTR200TP3H F LOW

Figura 25: Idrogrammi di piena alla sezione di chiusura del bacino Fontimora per eventi ItTr30Tp0.5h,1h,2h,3h ed ItTr200Tp0.5h,1h,2h,3h

Flow (cms)

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5

(35)

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00

10Feb2017

Flow (cms)

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

B_3 RUN:ITTR030TP0.25H FLOW B_3 RUN:ITTR030TP0.5H FLOW B_3 RUN:ITTR030TP1H FLOW B_3 RUN:ITTR030TP2H FLOW B_3 RUN:ITTR200TP0.25H FLOW B_3 RUN:ITTR200TP0.5H FLOW B_3 RUN:ITTR200TP1H FLOW B_3 RUN:ITTR200TP2H FLOW

Figura 27: Idrogrammi di piena alla sezione di chiusura del bacino B_3 per eventi ItTr30Tp0.25h,0.5h,1h,2h ed ItTr200Tp00.25h,0.5h,1h,2h

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00

10Feb2017

Flow (cms)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

B_4.1 RUN:ITTR030TP0.25H FLOW B_4.1 RUN:ITTR030TP0.5H FLOW

B_4.1 RUN:ITTR030TP1H FLOW B_4.1 RUN:ITTR030TP2H FLOW

Figura 28: Idrogrammi di piena alla sezione di chiusura del bacino B_4.1 per eventi

(36)

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 10Feb2017

Flow (cms)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Figura 29: Idrogrammi di piena alla sezione di chiusura del bacino B_4.2 per eventi ItTr30Tp0.25h,0.5h,1h,2h ed ItTr200Tp00.25h,0.5h,1h,2h

Flow (cms)

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

(37)

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00

10Feb2017

Flow (cms)

0 1 2 3 4 5 6

B_6.1 RUN:ITTR030TP0.25H FLOW B_6.1 RUN:ITTR030TP0.5H FLOW B_6.1 RUN:ITTR030TP1H FLOW B_6.1 RUN:ITTR030TP2H FLOW B_6.1 RUN:ITTR200TP0.25H FLOW B_6.1 RUN:ITTR200TP0.5H FLOW B_6.1 RUN:ITTR200TP1H FLOW B_6.1 RUN:ITTR200TP2H FLOW

Figura 31: Idrogrammi di piena alla sezione di chiusura del bacino B_6.1 per eventi ItTr30Tp0.25h,0.5h,1h,2h ed ItTr200Tp00.25h,0.5h,1h,2h

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00

10Feb2017

Flow (cms)

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

Figura 32: Idrogrammi di piena alla sezione di chiusura del bacino B_6.2 per eventi

(38)

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 10Feb2017

Flow (cms)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

B_AI_1 RUN:ITTR030TP0.25H F LOW B_AI_1 RUN:ITTR030TP0.5H FLOW B_AI_1 RUN:ITTR030TP1H FLOW B_AI_1 RUN:ITTR030TP2H F LOW B_AI_1 RUN:ITTR200TP0.25H F LOW B_AI_1 RUN:ITTR200TP0.5H FLOW B_AI_1 RUN:ITTR200TP1H FLOW B_AI_1 RUN:ITTR200TP2H F LOW

Figura 33: Idrogrammi di piena alla sezione di chiusura del bacino B_AI_1 per eventi ItTr30Tp0.25h,0.5h,1h,2h ed ItTr200Tp00.25h,0.5h,1h,2h

Flow (cms)

0.5 1.0 1.5 2.0

(39)

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00

10Feb2017

Flow (cms)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

B_7 RUN:ITTR030TP0.25H FLOW B_7 RUN:ITTR030TP0.5H FLOW B_7 RUN:ITTR030TP1H FLOW B_7 RUN:ITTR030TP2H FLOW B_7 RUN:ITTR200TP0.25H FLOW B_7 RUN:ITTR200TP0.5H FLOW B_7 RUN:ITTR200TP1H FLOW B_7 RUN:ITTR200TP2H FLOW

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00

10Feb2017

Flow (cms)

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

B_8 RUN:ITTR030TP0.25H FLOW B_8 RUN:ITTR030TP0.5H FLOW

B_8 RUN:ITTR030TP1H FLOW B_8 RUN:ITTR030TP2H FLOW

B_8 RUN:ITTR200TP0.25H FLOW B_8 RUN:ITTR200TP0.5H FLOW

B_8 RUN:ITTR200TP1H FLOW B_8 RUN:ITTR200TP2H FLOW

(40)

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 10Feb2017

Flow (cms)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

B_10 RUN:ITTR030TP0.25H FLOW B_10 RUN:ITTR030TP0.5H FLOW B_10 RUN:ITTR030TP1H F LOW B_10 RUN:ITTR030TP2H F LOW B_10 RUN:ITTR200TP0.25H FLOW B_10 RUN:ITTR200TP0.5H FLOW B_10 RUN:ITTR200TP1H F LOW B_10 RUN:ITTR200TP2H F LOW

Flow (cms)

4 6 8 10 12 14 16

(41)

4. RELAZIONE IDRAULICA

La modellazione idraulica dei tratti fluviali di interesse per la determinazione delle condizioni di pericolosità idraulica è stata condotta mediante il software HEC-RAS 5.0 (Hydrologic Engineering Center – River Analysis System) prodotto anch'esso dal Corpo degli Ingegneri dell'esercito americano (USACE).

Le simulazioni sono state eseguite in regime di moto vario mono e bidimensionale e sono descritte in dettaglio nel seguito. Per i corsi d’acqua dotati di alveo inciso di dimensioni apprezzabili si è proceduto ad implementare un'analisi monodimensionale in alveo e bidimensionale al di fuori dell'alveo inciso. Per gli altri corsi d’acqua riportati nel reticolo idrografico di cui alla L.R. 79/2012, ma con dimensioni della sezione trasversale trascurabile ai fini delle analisi di rischi oidraulico (dell’ordine di 0.3x0.3 m od inferiore) si è effettuata un’analisi puramente bidimensionale.

Per la definizione delle condizioni di pericolosità dell'area sono state effettuate più simulazioni, corrispondenti alle durate di pioggia critiche per i corsi d'acqua in esame.

I tratti oggetto di studio si estendono ben oltre le aree di interesse urbanistico, sia per quel che riguarda la modellazione monodimensionale che per quel che riguarda la modellazione bidimensionale, al fine di evitare effetti al contorno e sono quindi da ritenersi idraulicamente significativi. Discorso a parte va fatto (come esposto in premessa) per le condizioni al contorno di Era e Sterza.

4.1. Modello di calcolo a moto vario monodimensionale

La forma delle equazioni del moto vario (o equazioni di De Saint Venant) utilizzate in HEC-RAS è la seguente:

Equazione di continuità:

∂ A

∂t ∂⋅Q

∂ x_c ∂[1−⋅Q]

∂ x_f =0

Equazione di conservazione della quantità di moto:

∂Q 

∂ t∂²Q²/ Ac

∂ xc ∂1−²Q²/ Af

∂ xf  g A_c

[

^{∂ x}^{∂ Z }^c^^S^fc

]

^{ g A}^f

[

^{∂ x}^{∂ Z }^f^^S^ff

]

⁼⁰

con:

Q_c=⋅Q ; = Kc/ KcKf

I pedici c ed f si riferiscono rispettivamente al main channel (alveo centrale) ed alle floodplain (aree golenali), Q rappresenta la portata, g l’accelerazione di gravità, x l’ascissa, t il

(42)

(somma della quota di fondo z e dell’altezza liquida y ), A l’area liquida, Sf la pendenza della linea dell’energia.

HEC-RAS utilizza generalmente il modello completo delle equazioni di De Saint Venant. Nelle analisi in moto vario le tecniche di soluzione numerica delle equazioni del moto assumono un’importanza maggiore rispetto alle analisi a moto permanente. La soluzione numerica di tali equazioni in regime di corrente lenta è basata su un metodo alle differenze finite di tipo implicito a quattro punti, noto in letteratura come box scheme. Dalla discretizzazione alle differenze finite delle equazioni del moto applicate ad un tratto di corso d’acqua, e dall’applicazione delle condizioni al contorno, risulta un sistema lineare di N equazioni in N incognite, con N pari a 2 volte il numero di sezioni in cui è stato suddiviso il corso d’acqua meno le sezioni in cui sono state assegnate le condizioni al contorno. Tale sistema deve essere risolto ad ogni successivo istante di calcolo. Il sistema di equazioni lineari viene risolto con metodo iterativo, utilizzando l’algoritmo skyline, specificatamente pensato per la soluzione dei problemi di moto vario nelle reti a pelo libero.

Nel caso di corrente mista lenta o veloce HEC-RAS utilizza la tecnica LPI “Local Partial Inertia”, mediante la quale si passa gradualmente dalla soluzione delle equazioni complete del moto alla soluzione del modello parabolico delle equazioni del moto vario. Il modello parabolico viene applicato dal programma soltanto nei tratti di corso d’acqua in cui si ha un numero di Froude maggiore di un valore soglia definibile dall’utente (generalmente si assume Fr=1, corrispondente al passaggio della corrente attraverso lo stato critico). Il modello matematico riesce così a garantire una buona stabilità di calcolo anche nei tratti interessati da corrente veloce o mista, pur mantenendo un’adeguata accuratezza di calcolo.

Per ulteriori dettagli sulle equazioni e gli algoritmi di calcolo si rimanda alla manualistica di HEC-RAS ed in particolare all’Hydraulic Reference Manual.

4.1. Modello di calcolo a moto vario bidimensionale

Il modello matematico bidimensionale utilizza le equazioni di conservazione della massa e della quantità di moto, che vengono risolte con uno schema ai volumi finiti.

(43)

Conservazione della massa: assumendo il fluido incomprimibile, l'equazione differenziale della conservazione della massa (continuità) in moto vario è:

∂ H

∂ t + ∂(h⋅u)

∂ x + ∂(h⋅v)

∂ y + q=0

in cui t è il tempo, u e v sono rispettivamente le componenti di velocità lungo le direzioni x ed y e q è la portata in ingresso ed in uscita dovuta a immissioni od uscite di acqua.

Conservazione della quantità di moto: quando la dimensione orizzontale caratteristica dell'area di studio è molto maggiore della dimensione verticale, gli effetti legati alla componente verticale della velocità possono essere trascurati e si può assumere una distribuzione idrostatica delle pressioni, a partire dalle equazioni di Navier-Stokes. In tali ipotesi e nell'ipotesi di densità del fluido costante, l'equazione di conservazione della quantità di moto assume la seguente forma:

∂u

∂t + u⋅∂u

∂ x+ v⋅∂v

∂ y=−g⋅∂H

∂ x + v_t⋅

(

^∂^{∂ x}²^u²^{+ ∂}^{∂ y}²^u²

)

^−c^f^{⋅u+ f⋅v}

∂ v

∂ t+ u∂ v

∂ x+ v∂ u

∂ y=−g ∂ H

∂ y + vt(∂²v

∂ x+ ∂²v

∂ y )−cfv− fu

in cui oltre ai simboli già illustrati, g è l'accelerazione di gravità, nt è il coefficiente di viscosità turbolenta, cf è il coefficiente di attrito al fondo, ed f è il coefficiente di Coriolis.

Utilizzando la formula di Chézy il coefficiente di scabrezza sul fondo è dato da:

c_f=g⋅∣V∣

C²⋅R

in cui g è l'accelerazione di gravità, |V| è il modulo del vettore velocità, C è il coefficiente di Chézy ed R è il raggio idraulico. Utilizzando la formula di Manning

Figura 39: sistema di riferimento di Hec-Ras 2D: la quota del terreno è indicata con z(x,y) l'altezza idrica con h(x,y,t); la quota del pelo libero con H(x,y,t) = z(x,y) + h(x,y,t)

(44)

c_f= R^{4/ 3}

Per la modellazione del campo di moto HEC-RAS utilizza l'approccio batimetrico sub- grid sviluppato da Casulli. Con tale approccio si riesce a sfruttare informazioni topografiche ad alta risoluzione (ad esempio dati Lidar con passo della griglia pari ad 1m) pur utilizzando celle di calcolo a dimensione caratteristica maggiore rispetto alla risoluzione dei dati in ingresso. Per ogni singola cella di calcolo infatti in fase di preprocessione viene ricavata la legge di variazione con la quota del pelo libero delle grandezze idrauliche caratteristiche, basandosi sui dati topografici ad alta risoluzione relativi alla cella stessa. Vengono così determinate: curva di invaso della cella, area, contorno bagnato e raggio idraulico su ogni bordo della cella. Tale schema di risoluzione consente di sfruttare al massimo il dettaglio dei dati in ingresso.

4.2. Caratteristiche geometriche del modello idraulico

La geometria del modello (riportata in allegato) è stata implementata utilizzando i rilievi topografici disponibili per l’area di studio redatti a cura del Comune di Terricciola da Dream Italia per le diverse aste oggetto di indagine. Fanno eccezione i corsi d’acqua dell’area de La Rosa, il cui rilievo è stato effettuato direttamente da H.S. ingegneria.

I rilievi dei corsi d’acqua sono stati rapportati altimetricamente al Lidar della Regione Toscana tramite il rilievo di quote in punti significativi posti sulla viabilità principale od in aree a parcheggio asfaltate.

Per la definizione della geometria del modello si è operato nel seguente modo:

• per la modellazione dell'alveo inciso si è fatto riferimento alle sezioni di rilievo topografico. L'ubicazione planimetrica delle sezioni di calcolo è riportata in allegato.

Per una più corretta definizione della geometria di progetto sono state utilizzate anche delle sezioni interpolate, generate da HEC-RAS a partire dalle sezioni rilevate e ricostruite anche sulla base dei dati LIDAR disponibili.

• le caratteristiche topografiche della rete di calcolo 2D sono state desunte dal DTM generato dai dati LIDAR della Regione Toscana disponibili per l'area di studio,