R ELAZIO E SUI BACI I : DOCCIOLA – MACELLO

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PARTE I

R ELAZIO E SUI BACI I : DOCCIOLA – MACELLO

P

REMESSA

Con il termine “deflussi urbani” si intende indicare essenzialmente l’insieme di tutti i fenomeni connessi con la raccolta e l’allontanamento delle acque defluenti in ambiente urbano, siano esse acque reflue o acque meteoriche.

I metodi più comunemente usati in passato per dimensionare le reti pluviali di drenaggio urbano, erano basati su modelli di trasformazione afflussi-deflussi relativamente semplici, che adottavano cioè ipotesi semplificative.

Tra tali metodi, quelli più utilizzati in Italia, sono:

- il Metodo Cinematico;

- il Metodo dell’Invaso.

Il metodo Cinematico o della Corrivazione si basa sull’ipotesi che, nota la legge q(t) degli afflussi, la formazione dell’onda di piena sia dovuta solamente al fenomeno di trasferimento della massa liquida. Ciò significa che in un determinato istante t, la portata attraverso una sezione di un collettore è data dalla somma di tutti i contributi provenienti dalle varie aree elementari poste a monte.

Questo implica che il modello cinematico sia un modello lineare in cui è cioè possibile applicare il Principio di sovrapposizione degli effetti. Si suppone inoltre, che la massima portata nella sezione terminale di un collettore fognario sia dovuta ad una pioggia di intensità costante e di durata pari al tempo di corrivazione T relativo alla sezione suddetta. _c

Con tali considerazioni, la portata massima si ricava dalla:

max c

Q hA

= T in cui:

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5 h = altezza di pioggia

A = superficie del bacino competente alla sezione in esame.

Il metodo dell’Invaso o metodo Italiano, invece, si basa sulla applicazione dell’equazione di continuità, ipotizzando che il volume liquido affluito vada in parte a generare deflusso nella sezione in esame, ed in parte ad aumentare il volume invasato all’interno della rete dei collettori posti a monte. L’equazione di continuità può quindi essere scritta nel seguente modo:

pdt qdt dv= + in cui:

p = portata affluente, che si suppone costante durante la pioggia q = portata defluente nella sezione in esame all’istante t

v = volume invasato nella rete di collettori all’istante t

In tale metodo, si assume che il pelo libero all’interno dei collettori si mantiene parallelo al fondo, in questo modo il moto può essere considerato uniforme e la scala di deflusso è la stessa per tutte le sezioni di ogni singolo collettore. Si suppone inoltre, che tutti i collettori della rete fognaria abbiano un funzionamento sincrono e autonomo. Per funzionamento sincrono si intende che il grado di riempimento, dato dal rapporto tra superficie liquida e superficie totale, sia lo stesso per ogni collettore. Per funzionamento autonomo si intende invece che ogni collettore non è influenzato dal comportamento degli altri; in particolare ciò comporta che i collettori non siano rigurgitati da valle.

Tali semplificazioni, molto spesso però, non trovano un perfetto riscontro nella realtà, ciò rende lecito domandarsi se i risultati a cui si perviene siano congruenti con le scelte operate dal progettista. La risposta a tale domanda può essere fornita solo attraverso un monitoraggio prolungato e continuo di un certo numero di bacini sperimentali, ed in effetti, negli ultimi anni si stanno indirizzando in questa direzione numerose risorse, sia in Italia che all’estero, grazie soprattutto al notevole sviluppo delle tecniche di acquisizione dei dati, e ai più recenti modelli

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6 di simulazione dei vari aspetti idraulici idrologici e ambientali che caratterizzano i processi di afflusso-deflusso nelle aree urbane.

Negli ultimi anni, ai classici modelli di trasformazione afflussi-deflussi (corrivazione e invaso nelle loro varie forme), si stanno affiancando dei modelli matematici di sistemi di drenaggio urbano che, oltre a ricostruire la legge con cui una pioggia (reale o di progetto) si trasforma in deflusso all’interno di una rete fognaria, permettono di calcolare e verificare la rete stessa.

Panorama di Volterra

1.1 D

ESCRIZIO E DELLA ZO A DI STUDIO

La zona da noi studiata si riferisce a tutta quell’ area che grava sul depuratore di

“Volterra Nord” e si suddivide in tre sottobacini, come si può notare dalla fig.1:

1. Bacino di Docciola 2. Bacino di Macello 3. Bacino dell’ Ospedale

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fig.1 – Planimetria dei sottobacini relativi alla zona di studio.

1.1.1 B

ACI O DI

D

OCCIOLA

Il bacino di Docciola si estende dalla zona centrale della città verso nord, comprendendo parte del centro storico e zone più periferiche.

Ha una superficie di circa 21.65 ha, una quota media di 510 m s.l.m. e un dislivello totale pari a circa 60 m. Tale zona comprende sia aree densamente edificate, caratteristiche di un tessuto urbano sviluppatosi nel periodo medioevale, con strade strette pavimentate in pietra e case-torri molto ravvicinate tra di loro, sia aree destinate a verde e ampie superfici sterrate, nella parte a Nord più periferica. In tale bacino rientra anche parte del “Parco Fiumi”, ampia zona destinata a verde nel centro della città. Le pendenze sono in genere molto elevate.

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1.1.2 C

ARATTERISTICHE DELLA RETE DRE A TE

Il bacino di Docciola è riportato in fig.2 nella quale sono evidenziate le aree di influenza di ogni collettore come possiamo notare in fig.3.

La rete di drenaggio a servizio di tale zona è di tipo misto, con collettori a sezione prevalentemente scatolare di dimensioni massime di 900x600 mm per i tronchi principali posti nelle zone del centro storico, e collettori a sezione circolare per i tronchi di più recente realizzazione posti nelle zone periferiche. Il diametro massimo si ha nel collettore 1064 ed è pari a 1 m.

A valle di tale collettore si ha la confluenza con la rete relativa al bacino del

“Macello”, dopodiché la rete prosegue verso il depuratore esistente “Volterra Nord”.

fig.2 – Planimetria del Bacino “Docciola” con le aree di influenza dei collettori.

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fig.3 – Particolare dello schema della rete drenante relativa al Bacino “Docciola”.

1.1.3 D

ATI GEOMETRICI DELLA RETE

I dati geometrici di questo bacino , sono stati interamente desunti dagli archivi ASA, tranne che per il tratto terminale di arrivo all’impianto di trattamento.

Le principali caratteristiche della rete sono riportate nella seguente tabella 1, dove, per ogni collettore, si è indicato il collettore di recapito, la lunghezza, le superfici di competenza parziali (Ap) e totali (At), i coefficienti di afflusso parziali (7) e totali (7m), le quote di partenza e di arrivo, il dislivello 8, la pendenza, il diametro (in caso di sezione circolare) o le dimensioni (in caso di sezione scatolare).

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Tabella 1 – Principali caratteristiche della rete relative al Bacino Docciola.

N° Coll. Recapita nel Coll.

Lungh.

(m) Ap

(ha) At

(ha) ^m

Quota partenza

(m)

Quota Arrivo

(m) (m) i Diametro

(mm)

1001 1003 75,14 0,87 0,87 0,8 0,8 536 534,5 1,5 0,019963 300

1002 1003 39 0,29 0,29 0,85 0,85 542 534,5 7,5 0,192308 200

1003 1005 20,64 0,153 1,313 0,75 0,805217 534,5 534 0,5 0,024225 300

1004 1005 30,42 0,19 0,19 0,8 0,8 535 534 1 0,032873 200

1005 1007 64,89 0,23 1,733 0,8 0,803953 534 533 1 0,015411 300

1006 1007 41,83 0,74 0,74 0,6 0,6 537 533 4 0,095625 200

1007 1011 108,35 0,55 3,023 0,85 0,762405 533 531 2 0,018459 300

1008 1010 39,24 0,4 0,4 0,35 0,35 538 535 3 0,076453 900 600

1009 1010 161,35 1,3 1,3 0,2 0,2 538 535 3 0,018593 300

1010 1011 48,25 0,15 1,85 0,8 0,281081 535 531 4 0,082902 900 600 1011 1015 134,77 0,38 5,253 0,85 0,599229 531 519 12 0,089041 300

1012 1014 113,5 0,185 0,185 0,9 0,9 530 529 1 0,008811 400

1013 1014 27,3 0,037 0,037 0,95 0,95 530 529 1 0,03663 200

1014 1015 44,6 0,103 0,325 0,95 0,921538 529 519 10 0,224215 400 1015 1017 13,7 0,017 5,595 0,95 0,619017 519 518 1 0,072993 400

1016 1017 32,27 0,11 0,11 0,95 0,95 525 518 7 0,21692 200

1017 1025 79,22 0,32 6,025 0,5 0,618739 518 496 22 0,277708 600 400

1018 1020 33,5 0,223 0,223 0,75 0,75 520 516 4 0,119403 300

1019 1020 44,89 0,124 0,124 0,9 0,9 521 516 5 0,111383 315

1020 1022 13,68 0,005 0,352 0,9 0,804972 516 515 1 0,073099 300

1021 1022 64,28 0,085 0,085 0,9 0,9 523 515 8 0,124456 315

1022 1024 12,87 0,004 0,441 0,9 0,82415 515 510 5 0,3885 315

1023 1024 60,53 0,24 0,24 0,85 0,85 524 510 14 0,23129 200

1024 1025 55,24 0,046 0,727 0,8 0,831155 510 496 14 0,25344 300 1025 1037 27,25 0,12 6,872 0,3 0,635645 496 489,5 6,5 0,238532 600 400

1026 1028 64,93 0,32 0,32 0,8 0,8 525 522 3 0,046204 300

1027 1028 25,4 0,102 0,102 0,75 0,75 523 522 1 0,03937 200

1028 1030 14,68 0,099 0,521 0,8 0,790211 522 521 1 0,06812 200

1029 1030 43,2 0,255 0,255 0,65 0,65 522 521 1 0,023148 200

1030 1034 52,29 0,206 0,982 0,7 0,734878 521 504 17 0,32511 200

1031 1033 93,29 0,443 0,443 0,65 0,65 518 507 11 0,117912 300

1032 1033 49,61 0,094 0,094 0,65 0,65 517 507 10 0,201572 300

1033 1034 64,66 0,079 0,616 0,65 0,65 507 504 3 0,046397 180

1034 1036 12,2 0 1,598 0 0,702159 504 501 3 0,245902 800 800

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N° Coll. nel Coll. (m) (ha) (ha) ^m partenza (m) Arrivo

(m) (m) i (mm)

1035 1036 80,68 0,318 0,318 0,3 0,3 515 501 14 0,173525 300

1036 1037 61,01 0,267 2,183 0,3 0,594388 501 489,5 11,5 0,188494 700 800 1037 1064 186,4 1,094 10,149 0,15 0,574421 489,5 450 39,5 0,21191 700 800

1038 1039 91,8 0,378 0,378 0,7 0,7 533 523 10 0,108932 200

1039 1041 77,26 0,427 0,805 0,7 0,7 523 520 3 0,03883 300

1040 1041 67,54 0,452 0,452 0,7 0,7 531 520 11 0,162866 300

1041 1056 183,28 1,628 2,885 0,15 0,389636 520 477 43 0,234614 300

1042 1044 53,99 0,531 0,531 0,7 0,7 525 523 2 0,037044 200

1043 1044 119 0,911 0,911 0,7 0,7 530 523 7 0,058824 315

1044 1046 160,32 0,45 1,892 0,7 0,7 523 515 8 0,0499 300

1045 1046 26,62 0,105 0,105 0,7 0,7 517 515 2 0,075131 300

1046 1052 121,89 0,438 2,435 0,15 0,601068 515 478 37 0,303552 300

1047 1049 37,1 0,208 0,208 0,7 0,7 514 511 3 0,080863 200

1048 1049 25,77 0,032 0,032 0,7 0,7 513 511 2 0,07761 200

1049 1051 35,4 0 0,24 0 0,7 511 495 16 0,451977 200

1050 1051 68,73 0,227 0,227 0,5 0,5 513 495 18 0,261894 200

1051 1052 51,35 0,216 0,683 0,15 0,45959 495 478 17 0,331061 200

1052 1056 17,86 0 3,118 0 0,570077 478 477 1 0,055991 200

1053 1055 31,93 0,189 0,189 0,3 0,3 496 495 1 0,031319 400

1054 1055 41,78 0,922 0,922 0,5 0,5 513 495 18 0,430828 250

1055 1056 364,31 1,95 3,061 0,2 0,296537 495 477 18 0,049408 400 1056 1064 122,77 0,304 9,368 0,15 0,411497 477 450 27 0,219923 500

1057 1059 70,34 0,518 0,518 0,5 0,5 503 501 2 0,028433 300

1058 1059 50,58 0,393 0,393 0,6 0,6 502,5 501 1,5 0,029656 300 400 1059 1061 57,62 0,0904 1,0014 0,6 0,548272 501 493 8 0,138841 400 400

1060 1061 34,96 0,179 0,179 0,4 0,4 494 493 1 0,028604 200

1061 1063 221,91 0,556 1,7364 0,5 0,517531 493 486 7 0,031544 400

1062 1063 54,92 0,397 0,397 0,2 0,2 514 486 28 0,509832 300

1063 1064 99,61 0 2,1334 0 0,458442 486 450 36 0,361409 400

1064 2034 295,9 0 21,6504 0 0,492496 450 440 10 0,033795 1000

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fig.4 – Schematizzazione della rete drenante relativa al Bacino “Docciola”.

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1.2.1 B

ACI O DI

M

ACELLO

Il bacino della zona “Macello” si estende dalla “Piazza dei Priori” nel pieno centro storico della città, lungo via Matteotti, proseguendo fuori da “Porta Fiorentina”

lungo via “Porta Diana” fino al cimitero cittadino.

Ha una superficie di circa 10.08 ha, una quota media di 510 m s.l.m. e un dislivello totale pari a circa 71 m.

Come il per bacino di Docciola anche in questa zona si hanno sia aree densamente edificate, caratteristiche di una città medioevale, con pavimentazioni in pietra e edifici molto ravvicinati tra di loro, sia aree residenziali di più recente espansione con giardini e spazi verdi, sia aree completamente destinate a verde. Anche in questo bacino le pendenze sono in genere molto elevate.

1.2.2 C

ARATTERISTICHE DELLA RETE DRE A TE

Il bacino denominato “Macello” è riportato in fig.5 nella quale sono evidenziate le aree di influenza di ogni collettore.

La rete di drenaggio a servizio di tale zona è di tipo misto, con collettori a sezione prevalentemente scatolare di dimensioni massime di 700x1300 mm per i tronchi principali posti nelle zone del centro storico, e collettori a sezione circolare per i tronchi di più recente realizzazione posti nelle zone periferiche. Il diametro massimo è pari a 500 mm, ma, come si vedrà nel seguito durante la verifica della rete e come riscontrato dai sopralluoghi durante eventi meteorici, sebbene le pendenze siano elevate, tale diametro risulta insufficiente, e la rete è soggetta ad andare in pressione anche per eventi meteorici non particolarmente intensi.

Nei tratti in cui le pendenze sono massime sono stati utilizzati pozzetti “a vortice”

per dissipare parte dell’energia della corrente. A valle di tale collettore si ha la confluenza con la rete relativa al bacino di “Docciola”, dopodiché la rete prosegue verso il depuratore esistente “Volterra Nord”.

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fig.5 – Planimetria del Bacino “Macello” con le aree di influenza dei collettori.

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“bocche di lupo” (fig.6), mentre lo scarico dei pluviali dei tetti è in genere allacciato direttamente alla rete mediante appositi pozzetti (fig.7).

fig.6 – Manufatti di captazione delle acque meteoriche.

fig.7 – Pozzetto di allacciamento di un pluviale alla rete fognaria.

Come per il bacino di Docciola, anche in questo caso il rilievo della rete si è limitato al tratto subito a monte del depuratore “Volterra Nord” ed in particolare dello scaricatore di piena di cui si è già trattato, mentre per la restante parte ci siamo basati sui dati forniti dall’ASA.

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1.2.3 D

ATI GEOMETRICI DELLA RETE

Come per il bacino Docciola anche nel bacino Macello i dati geometrici della rete di drenaggio, sono stati interamente desunti dagli archivi ASA, tranne che per il tratto terminale di arrivo all’impianto di trattamento a cui si è già accennato.

fig.8 –Schema della rete drenante relativa al Bacino “Macello”.

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Lungh.

(m) Ap

(ha) At

(ha) ^m partenza

(m)

Arrivo (m)

(m) i Diametro (mm)

2001 2003 23,12 0,076 0,076 0,9 0,9 535 533,5 1,5 0,064879 300 400 2002 2003 12,48 0,024 0,024 0,9 0,9 535,5 533,5 2 0,160256 300 2003 2005 22,06 0,034 0,134 0,9 0,9 533,5 532 1,5 0,067996 300

2004 2005 30,74 0,126 0,126 0,9 0,9 534 532 2 0,065062 400

2005 2008 100,02 0,511 0,771 0,9 0,9 532 527 5 0,04999 400

2006 2008 130,45 0,39 0,39 0,9 0,9 531 530 1 0,007666 300

2007 2008 20 0,052 0,052 0,9 0,9 531 530 1 0,05 700 2000

2008 2014 38,69 0,077 1,29 0,9 0,9 530 527,5 2,5 0,064616 700 2000

2009 2011 26,3 0,092 0,092 0,9 0,9 535 533 2 0,076046 200

2010 2011 36,05 0,224 0,224 0,9 0,9 535 533 2 0,055479 200

2011 2013 53,03 0,199 0,515 0,9 0,9 533 529 4 0,075429 200

2012 2013 68,38 0,296 0,296 0,9 0,9 535 529 6 0,087745 300

2013 2014 48,47 0,123 0,934 0,9 0,9 529 527,5 1,5 0,030947 400 500 2014 2016 45,75 0,131 2,355 0,9 0,9 527,5 525 2,5 0,054645 700 1300

2015 2016 24,58 0,032 0,032 0,9 0,9 526 525 1 0,040683 400 500

2016 2018 12,59 0,031 2,418 0,9 0,9 525 523,5 1,5 0,119142 700 1300 2017 2018 30,63 0,051 0,051 0,9 0,9 523,5 522 1,5 0,048972 400 500

2018 2020 19,37 0,044 2,513 0,9 0,9 522 520 2 0,103252 700 1300

2019 2020 51,01 0,193 0,193 0,9 0,9 521 520 1 0,019604 400 500

2020 2024 44,61 0,146 2,852 0,9 0,9 520 517 3 0,067249 700 1300

2021 2023 31,4 0,235 0,235 0,85 0,85 522 519,5 2,5 0,079618 300 2022 2023 76,44 0,308 0,308 0,85 0,85 522 519,5 2,5 0,032705 300 2023 2024 33,9 0,029 0,572 0,85 0,85 519,5 517 2,5 0,073746 300 2024 2026 196,82 1,554 4,978 0,5 0,769385 517 498 19 0,096535 500

2025 2026 91,64 0,442 0,442 0,5 0,5 503 498 5 0,054561 300

2026 2033 361,84 1,122 6,542 0,4 0,687832 498 450 48 0,132655 300

2027 2030 59,97 0,433 0,433 0,3 0,3 480 470 10 0,16675 300

2028 2030 142,89 0,756 0,756 0,35 0,35 478,5 470 8,5 0,059486 300

(15)

18

Lungh.

(m) Ap

(ha) At

(ha) ^m

Quota partenza

(m)

Quota Arrivo (m)

(m) i Diametro (mm)

2029 2030 46,19 0,394 0,394 0,2 0,2 471 470 1 0,02165 300

2030 2032 93,79 0,289 1,872 0,2 0,283707 470 464 6 0,063973 400

2031 2032 44 1,662 1,662 0,2 0,2 465 464 1 0,022727 300

2032 2033 134,3 0 3,534 0 0,244341 464 450 14 0,104244 400

2033 2034 87,33 0 10,076 0 0,532285 450 440 10 0,114508 400

2034 Depurat. 585,58 0 31,7264 0 0,505133 450 360 90 0,153694 500

Tabella 2 – Principali caratteristiche della rete relative al Bacino “Macello”

1.3.1 B

ACI O DI

O

SPEDALE

Il bacino di Ospedale non è stato rilevato, di esso sappiamo solo che ha una superficie di circa 23.48 ha, una quota media di 480 m s.l.m. e un dislivello totale pari a circa 50 m. La condotta che arriva al Depuratore di Volterra Nord è una condotta circolare di diametro 400 mm e lunghezza 1015 m.

fig.9 –Schema della rete drenante relativa al Bacino “Ospedale”.

(16)

19

2.1 I

PUT DEI PLUVIOGRAMMI

Questo blocco del modello si occupa di acquisire i dati e di renderli disponibili per le successive elaborazioni. I dati in ingresso al modello hanno come base di partenza uno istogramma.

La determinazione della pioggia netta presenta notevoli difficoltà nell’essere schematizzata all’interno del modello, in particolare è difficile valutare il recupero delle capacità di infiltrazione sulle parti permeabili del bacino e lo svuotamento delle depressioni superficiali (per post-infiltrazione ed evaporazione), sia sulle aree impermeabili che su quelle permeabili, e ciò conduce inevitabilmente all’introduzione di alcune semplificazioni. Tali semplificazioni rendono difficile considerare l’evoluzione temporale delle perdite idrologiche durante i periodi di asciutto intercorrenti tra una pioggia e l’altra, quindi, una simulazione continua comporterebbe solo l’introduzione di ulteriori parametri di incerta valutazione; in questi casi è conveniente prevedere come ingresso esclusivamente precipitazioni isolate e di una certa importanza.

Si è proceduto poi all’analisi dei dati storici di pioggia e alla determinazione della curva di possibilità climatica. L’equazione determinata risulta essere la seguente:

m r

n T

t h=26.5

nella quale h rappresenta l’altezza di pioggia, espressa in mm, t è la durata di pioggia, espressa in ore, e Tr è il tempo di ritorno, espresso in anni. Per il coefficiente n si sono assunti i seguenti valori: n = 0.38, per durate di pioggia inferiori ad 1 ora, e n = 0.26 per durate di pioggia superiori ad 1 ora. Il coefficiente m è stato assunto pari a 0.214. Sono state condotte diverse simulazioni per varie durate e diversi tempi di ritorno, assegnando una pioggia di intensità costante e di durata pari a quella che si voleva simulare.

(17)

20

Pluviogramma relativo ad una pioggia di durata 15 minuti e tempo di ritorno 1 anno

Pluviogramma relativo ad una pioggia di durata 15 minuti e tempo di ritorno 2 anni

(18)

21

(19)

22

(20)

23

(21)

24

(22)

25

(23)

26

(24)

27

(25)

28

(26)

29

(27)

30

(28)

31

(29)

32

2.2 D

ETERMI AZIO E DELLA PIOGGIA ETTA

In questa parte, il modello si occupa di depurare l’afflusso meteorico totale dalle perdite idrologiche che si verificano in un bacino urbano durante e dopo la precipitazione, generando così l’afflusso netto.

A causa della grande variabilità spaziale e temporale delle caratteristiche fisiche del bacino, associata spesso alla loro notevole incertezza, l’approccio metodologico è normalmente basato su equazioni di tipo empirico o semiteorico, anche se non mancano studi rigorosi del fenomeno (Akane Yen, 1984).

Le principali cause di perdite idrologiche sono:

- evapotraspirazione;

- intercettazione da parte della vegetazione talvolta presente anche in ambito urbano;

- adesione di un sottile strato liquido al suolo;

- infiltrazione,

- immagazzinamento nelle depressioni superficiali.

Tra queste cause, i modelli di simulazione considerano generalmente soltanto le ultime due, essendo le altre trascurabili perché di modesta entità.

2.2.1 I

FILTRAZIO E

Tra le perdite idrologiche, l’infiltrazione sulle zone permeabili o semipermeabili del bacino rappresenta generalmente il fenomeno quantitativamente più rilevante.

I metodi utilizzati dal programma di simulazione per valutare tali perdite sono:

a. Equazione di Horton;

b. Metodo SCS-CN;

c. Metodo di Green e Ampt;

(30)

33 Equazione di Horton:

(

⁰

)

( ) _c _c ^kt

f t = +f f f e dove:

( )

f t = capacità di infiltrazione al tempo t

f = capacità di infiltrazione limite c

f = capacità di infiltrazione all’inizio dell’evento 0

k= costante di esaurimento

Metodo SCS-C :

Il metodo CN, acronimo di Curve umber, è stato introdotto dal Soil Conservation Service (SCS) negli Stati Uniti. Esso si basa su una notevole quantità di dati sperimentali sulla quale è stato tarato il modello, il quale fornisce, istante per istante, la pioggia netta che va a produrre deflusso superficiale, depurata cioè dalle perdite per infiltrazione, in funzione del tipo di suolo e del suo grado di imbibizione.

Per la determinazione dell’altezza di pioggia netta corrispondente ad un’altezza di pioggia h si utilizza la seguente espressione:

(

a

)

²

n

a

h h i

h i S

= +

dove:

i = altezza d’acqua perduta prima che abbia inizio lo scorrimento superficiale a

(mm)

S = altezza di pioggia massima immagazzinabile nel terreno a saturazione (mm) Il valore di S è valutabile attraverso la seguente espressione:

(31)

34 25.4 1000 10

S = C

La determinazione del parametro C può essere ottenuta in funzione dell’umidità iniziale, dell’uso del suolo e della classe litologica, attraverso tabelle ampiamente riportate nei testi di idrografia e idrologia.

Equazione di Philip:

c 0.5 f = +f s t

dove s è un parametro caratteristico denominato “sorptivity” dall’Autore.

Metodo di Green e Ampt:

c 1 f f

F

= + µ

dove:

µ= deficit di umidità relativa iniziale del suolo rispetto alla saturazione

= tensione capillare al fronte di umidificazione F = valore cumulato dell’infiltrazione.

(32)

35 medio per tutti i bacini pari a 92 e un tempi di corrivazione ricavati dalla formula di Kirpich:

Tc= 0,066L^0,77/i^0,385 dove:

Tc = espresso in ore, L = espresso in Km, i = la pendenza.

3.1 T

ARATURA DEL MODELLO

Al fine di valutare il funzionamento della rete e in seguito del monitoraggio della stessa, è stata focalizzata l’attenzione, in questo bacino, sullo scaricatore di piena che è situato subito a monte del depuratore “Volterra Nord”.

È stato quindi eseguito un rilievo dettagliato (fig.10) di tale manufatto e dei pozzetti posti immediatamente a monte e di questo (fig.11).

Di tale manufatto è stato eseguito un modello fisico di laboratorio per ricavare la scala di deflusso Q(h).

Lo scolmatore è realizzato mediante un pozzetto di ispezione nel quale è stato inserito un collettore di troppo pieno che, in caso di eventi meteorici di una certa intensità, scarica direttamente nel “botro di Docciola”. Il livello idrico all’interno del pozzetto, e quindi la portata sfiorata, è regolabile mediante una paratoia posta all’inizio del collettore in uscita (fig.12).

fig.10 – Le fasi del rilievo dello scaricatore di piena al depuratore “Volterra ord”

(33)

36

fig.11 – Scaricatore di piena al depuratore “Volterra ord” – Vista esterna

fig.12 – Scaricatore di piena al depuratore “Volterra ord” – Vista interna

(34)

37

fig.13 – Scaricatore di piena riprodotto in laboratorio .

Per calibrare il nostro modello abbiamo utilizzato valori rilevati presso questo scaricatore, come riportati nel grafico di fig.14 seguente, ed abbiamo eseguito alcune variazioni, relative a questa sezione di bacino, per ridurre al massimo la distanza tra i valori rilevati e quelli ottenuti tramite simulazione.

Le variazioni apportate in questo scaricatore di piena sono state le seguenti:

1. abbassare la soglia di sfioro del troppo pieno da 363,86 a 363,60 m.s.l.m.;

2. diminuire la pendenza del canale di sfioro dal valore di 21,1% al 20,1%;

3. diminuire il diametro della condotta che dal medesimo scaricatore porta al depuratore di Volterra Nord dal valore di 400 mm al valore 350 mm inserendo in quest’ultima una curva di deflusso (tab.3) funzione dell’altezza liquida presente nello scaricatore di piena con soglia di sfioro a quota 363,47 m.s.l.m.

(35)

38 Portate uscenti/sfiorate a parità di portata immessa

Q=0,201

Q=0,230 Q=0,258

Q=0,287 Q=0,316

Q=0,344 Q=0,373

Q=0,459 Q=0,516

0.050 0.100 0.150 0.200 0.250

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400

Portata uscente QU(m³/s) PortatasfiorataQV(m3 /s)

Q=0,402 Q=0,430

Q=0,488

hs2 libera hs2=20 cm hs2=32 cm

fig.14 – Portata uscente in funzione di quella sfiorata

Altezza [m] Deflusso [m³/s]

0,14 0,05 1,07 0,30 1,10 0,32 1,11 0,35 1,13 0,38 1,14 0,42 2,93 0,44

tab.3 – Curva di deflusso

(36)

39

4.1 R

ISULTATI

Riportiamo in questa relazione la sintesi dei risultati ottenuti durante le nostre simulazioni, eseguite per ogni pluviogramma precedentemente illustrato, delle sezioni a nostro parere più interessanti da un punto di vista idraulico (fig.15)

fig.15 – Condotte di cui si riportano i risultati

(37)

40 4.1.1 Risultati relativi ad una pioggia di durata 15 minuti e TR1 anno

fig.16 – diagramma di flusso della condotta 1064

(38)

41

fig.18 – diagramma di flusso della condotta ingresso pozzetto 3

fig.19 – diagramma di flusso della condotta sfioratore troppo pieno del pozzetto 3

(39)

42

fig.20 – diagramma di flusso della condotta uscita dal pozzetto 3

fig.21 – diagramma di flusso di tutte le condotte presenti nel pozzetto 3

(40)

43

fig.22 – diagramma di flusso della condotta in arrivo dal bacino Ospedale

fig.23 – diagramma di flusso di tutte le condotte presenti nel pozzetto a monte del depuratore

(41)

44 4.1.2 Risultati relativi ad una pioggia di durata 15 minuti e TR 5 anni

(42)

45

(43)

46

(44)

47

(45)

(46)

49

(47)

50

(48)

51

(49)

(50)

53

(51)

54

(52)

55

(53)

(54)

57

(55)

58

(56)

59

(57)

60 Nella sintesi dei risultati riportiamo anche un’analisi globale delle condotte nell’istante di maggior criticità da un punto di vista idraulico.

Per rendere un idea della situazione nel momento di massima criticità abbiamo suddiviso in 5 categorie le velocità presenti in condotta, ed assegnato a ciascuna categoria un colore, come mostrato nella fig.56 seguente:

fig.56 – suddivisione in 5 categorie di velocità

Sempre nell’intento di trasmettere un’idea di quello che avviene nelle condotte in esame durante i momenti critici abbiamo suddiviso in 5 categorie le piezzometriche relative alle medesime condotte.

(58)

61

fig.57 – suddivisione in 5 categorie di piezzometriche

fig.58 – rappresentazione situazione condotte nell’ istante di massima criticità

(59)

62 4.2.1 Risultati relativi ad una pioggia di durata 30 minuti e TR 1 anno

(60)

63

(61)

64

(62)

65

(63)

(64)

67

(65)

68

(66)

69

(67)

(68)

71

(69)

72

(70)

73

(71)

(72)

75

(73)

76

(74)

77

(75)

(76)

79

(77)

80

(78)

81

(79)

82

fig.99 – rappresentazione situazione condotte nell’ istante di massima criticità

(80)

83

(81)

84

(82)

85

(83)

86

(84)

87

(85)

88

(86)

89

(87)

90

(88)

91

(89)

92

(90)

93