6.1 M ONITORAGGIO C APITOLO 6 M

133

M

ONITORAGGIO

Al fine di ricostruire la relazione che lega gli afflussi ai deflussi, è stata pianificata l’installazione di una serie di strumenti atti all’acquisizione sia dei dati di afflusso che dei dati di deflusso.

6.1

M

Il monitoraggio degli afflussi avviene in questa fase mediante un unico pluviometro SIAP del tipo a vaschette basculanti, con sensore di precipitazione UM7515 e risoluzione di 0.2 mm per ogni ribaltamento della bascula.

Le principali caratteristiche dello strumento sono riassunte in tabella 6.1.

Strumento Risoluzione Superficie Capacità di misura Volume nominale vaschette Volume d’acqua perso Pluviografo SIAP 7515 0.2 mm 400 cm 2 _{i≤10 mm/min 8 cm}3 _{0.3÷0.6 cm}3

Tabella 6.1 – Caratteristiche principali del pluviometro

La capacità di misura indica la massima intensità di pioggia che il sensore è in grado di rilevare senza che intervengano errori grossolani dovuti ad un anomalo funzionamento dell’imbuto e delle vaschette.

Il volume d’acqua perso è quello che dopo il ribaltamento rimane nella vaschetta e dipende essenzialmente dalla conformazione del beccuccio e delle vaschette. Il pluviografo è stato calibrato dinamicamente in laboratorio al fine di eliminare l’errore sistematico di sottostima dell’intensità di pioggia durante gli eventi molto intensi (Pagliara e Viti, 1994).

Lo strumento è stato installato sul tetto di un serbatoio dell’acquedotto posto nel punto più alto di Volterra, nel “Parco Fiumi”. Tale luogo è stato scelto sia perché posto lungo la linea di spartiacque che separa la parte della città che si trova nel

134

fornendo in questo modo dati medi, validi per entrambi i versanti, che per ragioni logistiche, infatti, in tale luogo si trova uno dei serbatoi dell’acquedotto, e quindi il tetto di tale serbatoio rappresentava un sito al tempo stesso pratico e sicuro per il pluviometro.

fig.6.1 – Il pluviometro

I dati acquisiti dal pluviometro vengono registrati in forma digitale su un “logger” (Hobo) e vengono periodicamente scaricati su personal computer attraverso un software dedicato (BoxCar), con il quale è possibile gestirli sia in forma grafica che numerica.

135

fig.6.2 – Il logger “HOBO” e la fase di trasferimento dei dati

fig.6.3 – Il Software di gestione dei dati di pioggia

In seguito è prevista l’installazione di altri due pluviometri, uno nella parte sud (bacino del fiume Cecina) e uno nella parte nord (bacino del fiume Era) in modo da avere dati di afflusso specifici per i due bacini.

136

Durante il rilievo della rete si è potuto valutare quali fossero i manufatti più interessanti su cui installare gli strumenti di misura delle portate, focalizzando l’attenzione sugli scaricatori di piena, attraverso i quali è possibile valutare sia la portata sfiorata verso il corpo idrico ricettore che quella inviata all’impianto di trattamento.

fig.6.4 – Sottobacini urbani di Volterra e posizione degli sfioratori scelti per il monitoraggio

Si è scelto di monitorare attraverso dei misuratori di livello ad ultrasuoni gli scaricatori di piena indicati in fig.6.4, ognuno dei quali è relativo ad almeno un sottobacino urbano e di cui si riporta il rilievo dettagliato nelle tavole allegate:

137

1) Scaricatore di piena al depuratore “Volterra Nord”, relativo ai bacini 1 “Docciola” e 2 “Macello”, è situato immediatamente a monte del depuratore.

2) Vasca di calma “Vasca Bassini” relativa al sottobacino “S. Stefano”, a monte del depuratore di progetto “Volterra Sud”.

138

3) Scaricatore “Fraggina”, a valle del bacino 5 “Borgo S. Giusto”.

4) Vasca di calma “Vasca 2” costituita da una stramazzo in parete grossa, è situata a valle del bacino 4 “Fontecorrenti”.

139

5) Sfioratore bilaterale, relativo al bacino 7 “Ospedale” , a monte del depuratore esistente “Volterra Nord”.

140

6) Scaricatore di piena zona “Le Cetine”.

Per ognuno degli scaricatori sopra elencati, verranno realizzati dei modelli fisici di laboratorio, a cominciare dagli scaricatori 1) e 2), sui quali verranno eseguite prove al fine di stabilire il legame tra portata in ingresso, portata sfiorata e portata derivata verso l’impianto di trattamento (Scala di deflusso Q=Q(h)).

Attraverso un monitoraggio continuo mediante misuratori di livello ad ultrasuoni, sarà possibile conoscere le portate sfiorate nei corpi idrici ricettori, al fine di verificare che venga rispettato il rapporto di diluizione imposto dalla normativa vigente.

Inoltre, tale monitoraggio, permetterà di conoscere la portata complessiva che transita nella rete in esame, e, dal confronto con i dati di afflusso registrati dai pluviometri, si potrà risalire alla legge che lega gli afflussi ai deflussi.

Si fa inoltre presente, che dopo la realizzazione dell’impianto di trattamento “Volterra Sud”, entreranno in funzione anche tre impianti di sollevamento relativi ai bacini “Le Cetine”, “Le Ripaie” e “Borgo S. Giusto”. Il monitoraggio dei deflussi verrà a quel punto esteso anche a tali impianti e sarà effettuato attraverso dei misuratori di portata elettromagnetici montati nei collettori di mandata delle pompe.

141

OCCASIONE DI ALCUNI EVENTI SIGNIFICATIVI

.

In attesa che venga completata, da parte della Società ASA che gestisce la fognatura di Volterra, l’acquisizione e l’installazione degli strumenti sopra menzionati, si è provveduto ad un monitoraggio visivo del comportamento della vasca di calma denominata “Vasca Bassini”, a valle del bacino 3 “Borgo S.Stefano”, durante vari eventi meteorici più o meno intensi. Tale vasca, infatti, essendo a cielo aperto, ben si presta ad un controllo di questo genere, che sebbene di tipo preliminare, permette comunque di valutare l’intensità dell’evento meteorico che fa entrare in funzione lo sfioratore.

Si riportano nel seguito le indagini effettuate sul deflusso in tale vasca generato da tre eventi meteorici differenti, di cui il primo di carattere nevoso, mentre il secondo e il terzo dovuti a piogge di diversa intensità.

142

Come già anticipato, in questa data si è manifestata una precipitazione nevosa durante la tarda mattinata, al termine della quale, a causa del repentino aumento della temperatura, è iniziato subito lo scioglimento della neve e con esso il deflusso all’interno della rete di drenaggio.

fig.6.5 – L’evento meteorico del 20 Marzo 2007

143

tracciare il seguente pluviogramma:

Durante il sopralluogo, avvenuto a partire dalle ore 14:30, si è potuto verificare che il livello idrico si è mantenuto al di sotto della soglia di sfioro e che quindi l’intera portata in arrivo dal sottobacino “Borgo S. Stefano” è stata recapitata verso il depuratore di progetto attraverso il collettore di uscita in gres del diametro di 500 mm (fig.6.7).

Sono state inoltre effettuate misure del livello idrico nella vasca dalle quali si è potuto determinare il grado di riempimento h/D del collettore in uscita.

144

fig.6.7 – nevicata 20 Marzo 2007- grado di riempimento del collettore in uscita dalla “Vasca Bassini”

L’altezza idrica all’interno di tale collettore in corrispondenza dell’imbocco è risultata di circa 55 mm e quindi il grado di riempimento è risultato pari a

h/D=0.11.

Utilizzando la formula di Gauckler-Strickler, noti il diametro e la pendenza del collettore in uscita, si è proceduto a ricavare il valore della portata che il collettore può smaltire a sezione piena ma non in pressione:

/ _/ 2 3 1 2 p Q = ΩK R i dove: 2 D 4 π

Ω = area del collettore

D R

4

= raggio idraulico a sezione piena

/ 1 3 m k 70 s = coefficiente di scabrezza Si ottiene Qp=1.45 m3/s.

La portata defluente corrispondente ad un grado di riempimento h/D=0.11 risulta

145

fig.6.8 – Grado di riempimento del collettore in uscita

Per avere un riscontro sui dati di afflusso acquisiti dal pluviometro si è proceduto nel seguente modo:

Analizzando lo ietogramma relativamente all’ora in cui è avvenuto il sopralluogo, si vede che l’intensità di pioggia l registrata dal pluviografo oscilla tra 4÷9

mm/ora, con un valore medio di circa l=5 mm/ora.

Utilizzando gli stessi dati usati nella verifica della rete con il metodo dell’invaso, relativamente all’area A del sottobacino e al coefficiente di afflusso medio ψm, si è ricavato il valore della portata media Q in arrivo alla vasca come:

m Q lA= ψ

I valori ottenuti sono riportati nella seguente tabella 6.2.

Intensità media (mm/ora) Superf. Sottobacino (m2₎ ψm _(mQ _{3/s) (l/s)} Q 5,000 71700 0,62 0,061742 61,74167 Tab.6.2

I valori ottenuti in base all’analisi dei dati di afflusso sono:

Q/Qp=0.042 Q=0.062 m3/s.

146

In tale data si è verificato un evento meteorico di media intensità che ha generato nella vasca di calma in esame l’afflusso idrico visibile dalle immagini di fig.6.9.

fig.6.9 – Getto in ingresso nella “Vasca Bassini” durante la pioggia del 5 Maggio 2007

Attraverso l’elaborazione dei dati registrati dal pluviometro, è stato possibile tracciare i seguenti grafici:

147

potuto constatare che il massimo livello idrico nella vasca oscillava tra valori di 1÷2 cm al di sotto della soglia di sfioro e la soglia stessa, senza mai oltrepassarla come si può vedere dalle immagini di fig.6.10.

fig.6.10 – Il livello idrico nella vasca risulta circa pari al livello della soglia sfiorante

Tale evento risulta quindi particolarmente interessante in quanto è caratterizzato da un’intensità di pioggia “limite”, oltre la quale entra in funzione lo sfioratore. L’altezza idrica all’ingresso del collettore in uscita è risultata di 23 cm pari per cui:

h/D=0.46 Grado di riempimento del collettore in uscita Q=0.42Qp=0.609 m3/s. Portata defluente nel collettore di uscita

148

pioggia, si è proceduto al calcolo della portata media Q in ingresso nella vasca e del rapporto Q/Qp.

Come dimostra lo ietogramma, l’intensità di pioggia, varia, tra 32 mm/ora e 4

mm/ora nell’intervallo di tempo compreso tra le ore 8:00 e le ore 8:15.

Considerando un’intensità media di 17 mm/ora si ricavano i risultati riportati nelle tabelle 6.3 e 6.4: Intensità media (mm/ora) Superf. Sottobacino (m2₎ ψm _(mQ _{3/s) (l/s)} Q 17,0 71700 0,62 0,2099217 209,92167 Tab.6.3 Diametro (mm) pendenza i Qp (m3_/s) Q/Qp 500 0,179 1,45 0,144 Tab.6.4

Dalla scala di deflusso, per Q/Qp=0.144 si ricava h/D=0.27 e quindi h=13.5cm.

Ripetendo i calcoli per un’intensità di pioggia pari a quella massima registrata dal pluviometro l=32mm/ora, si ottiene:

Intensità massima (mm/ora) Superf. Sottobacino (m2₎ ψm _(mQ _{3/s) (l/s)} Q 32,0 71700 0,62 0,3951467 395,14667 Tab.6.5 Diametro (mm) pendenza i (mQp 3_/s) Q/Qp 500 0,179 1,45 0,272 Tab.6.6

149

idrica nel collettore in uscita di 18.5 cm, inferiore di circa 4.5 cm rispetto a quella misurata.

La figura 6.12 riporta i gradi di riempimento: - In rosso il valore misurato sul campo;

- In verde il valore calcolato in base all’intensità di pioggia massima; - In blu il valore calcolato in base all’intensità di pioggia media;

fig.6.12

Q [m3_{/s] Q/Qp h [cm]}

Dati misurati 0.609 0.42 23

Dati calcolati per lmed=17 mm/h

0.209 0.144 13.5 Dati calcolati per

lmax=32 mm/h

0.394 0.272 18.5

Tab.6.7 - Tabella riassuntiva

I valori ottenuti dalle misurazioni sul campo risultano nettamente superiori a quelli ottenuti dall’analisi dei dati di afflusso.

150

Durante il primo pomeriggio del 5 giugno, si è verificato un evento meteorico piuttosto intenso come dimostrano i grafici ottenuti in base ai dati registrati dal pluviometro, ed anche in questo caso si è effettuato un sopralluogo alla “Vasca Bassini” per valutarne il comportamento.

Il livello idrico che si è raggiunto nella vasca durante questo evento ha superato l’altezza della soglia sfiorante di circa 18 cm, come è visibile dalle immagini di figura 6.14, e la portata sfiorata è stata stimata assimilando lo stramazzo trapezio ad uno stramazzo rettangolare in parete sottile, con contrazione latrale del getto:

151

152 . s w w w 2 Q 0 42 b h h 2gh 10 ⎛ ⎞ = _⎜ − _⎟ ⎝ ⎠

dalla quale per h_w=18cm e b 61 5cm= . si ottiene Q_s =0 082 m s. 3

fig.6.15 - Viste del collettore in uscita in occasione dell’evento 3

L’altezza idrica all’ingresso del collettore in uscita è risultata di 43 cm pari per cui:

h/D=0.86 Grado di riempimento del collettore in uscita Q=1.06Qp=1.537 m3/s Portata defluente nel collettore di uscita Qt=Q+Qs=1.619m3/s Portata totale in ingresso nella vasca

153

afflusso registrati, si ottengono, anche in questo caso, valori molto più bassi, anche utilizzando la massima intensità di pioggia, che è risultata l=90mm/ora . I valori relativi a l=90mm/ora sono riportati nella seguente tabella 6.8:

Intensità media (mm/ora) Superf. Sottobacino (m2₎ ψm _(mQ _{3/s) (l/s)} Q 90,0 71700 0,62 1,11135 1111,35 Tab.6.8 Q [m3_/s] Dati misurati 1.619 Dati calcolati per

lmax=90 mm/h

1.111

154

Come si vede dall’analisi dei tre eventi monitorati, i valori della portata in arrivo alla vasca, ottenuti attraverso l’analisi dei dati di afflusso, risultano sempre minori di quelli ottenuti tramite l’elaborazione dei livelli idrici direttamente misurati. Tale differenza risulta tanto più marcata quanto più intenso è stato l’evento meteorico.

Sebbene questo tipo di monitoraggio può essere utile solo per un approccio iniziale, tali differenze possono essere imputate principalmente alle seguenti cause:

- La difficoltà nella misurazione dei livelli idrici nella vasca, specie durante gli eventi più intensi;

- L’innalzamento del livello verso la soglia, dovuto alla spinta del getto in arrivo (fig.6.17). Si rendono quindi necessarie prove di laboratorio su un modello fisico, oltre che per determinare la scala di deflusso, anche per valutare il comportamento della vasca e per stabilire dove posizionare il misuratore di livello;

fig.6.17 - Andamento del profilo liquido nella Vasca Bassini in occasione di eventi molto intensi

- L’ingresso nella vasca di una consistente portata dovuta al deflusso superficiale delle zone poste a monte (fig.6.18);

155

fig.6.18 – Il deflusso superficiale e il suo ingresso nella “Vasca Bassini”

- È probabile che la superficie del bacino 3 di “Borgo S. Stefano” sia maggiore di quella considerata, in conseguenza della scarsa conoscenza dell’andamento della rete. In particolare si potrebbe presentare il caso che alcuni collettori che sono stati considerati nei bacini confinanti in realtà riversano nel Bacino 3. Si rende quindi necessario un rilievo accurato della rete per valutare questa eventualità.