3.5 Un esempio di previsione di mantenimento di qualità dell’acqua in fase di progettazione di un porto: la darsena di Rimini

3.5 Un esempio di previsione di mantenimento di qualità dell’acqua in fase di progettazione di un porto: la darsena di Rimini

Studio di ricambio di acque interne. HR Wallingford. Marzo 2000

La marina di Rimini rappresenta un caso di previsione di mantenimento di elevate caratteristiche di qualità delle acque interne ad un bacino portuale, già in fase di progettazione delle opere strutturali ed architettoniche del porto stesso.

Si può, cioè, parlare di pianificazione integrata alla normale progettazione idraulico marittima, di un sistema di ricambio forzato delle acque interne da mettere in funzione all’atto di primo utilizzo dell’opera stessa, in modo da mantenere un elevato standard di pulizia delle acque fin dal primo momento di fruizione.

Il progetto, che consiste in un sistema di pompaggio e di immissione forzata di acqua marina in più punti nel bacino portuale, è stato studiato dalla società inglese di ingegneria HR Wallingford, sulla base di un conoscenza delle caratteristiche planimetriche e funzionali della darsena in corso di realizzazione durante lo studio (operativa dai primi di Giugno 2002), e di alcuni dati sulla qualità dell’acqua del mare Adriatico e del corso d’acqua ivi presente, (fiume Marecchia), utilizzato come canale d’accesso alla darsena.

Foto 3.11. Vista aerea della darsena di Rimini

3.5.1 Quadro descrittivo della darsena e della situazione ambientale di inserimento

La darsena turistica di Rimini, di costruzione piuttosto recente, è costituita da un bacino in comunicazione con il mare Adriatico mediante un apertura realizzata sul fiume Marecchia, in grado di contenere 660 barche di dimensioni variabili.

Data la sua ubicazione ( è confinante con il mare su un lato mediante una scogliera di protezione della banchina ), come per il porto di Senigallia, non si può perciò parlare di darsena interna.

Tuttavia la geometria planimetrica, assimilabile ad una darsena chiusa su tutti i lati salvo un’

Foto 3.12. Vista della darsena turistica da Nord-Est apertura per il passaggio dei natanti di ritorno ed in entrata nel mare, ci fa accostare le problematiche di quest’opera a quelle delle darsene interne, quantomeno per quanto riguarda il problema dello scarso ricambio idrico. ( tale paragone sarebbe meno plausibile in relazione al problema dell’intrusione salina nelle falde ).

La profondità media del bacino è di 4 m, per cui la darsena ha la possibilità di ospitare

anche barche aventi pescaggio notevole. Lo specchio acqueo ha un’area complessiva

di 108.000 m

. Le banchine della marina sono dotate di barriere decrescenti di massi

anti-riflettenti, utili a smorzare l’agitazione ondosa interna al bacino creata dal moto

delle imbarcazioni; i pontili di attracco della marina sono in gran parte di tipo

galleggiante; su quest’ultima tipologia di pontile l’ormeggio dei natanti avviene con

fingers disposti nella misura di 1 ogni 2 imbarcazioni attraccabili. La darsena ha

come unico punto di accesso per le imbarcazioni un’apertura creata sul fiume

Marecchia, che a sua volta serve da canale di transito dei natanti verso il mare

aperto; la lunghezza del canale di navigazione verso l’entrata della darsena è di 300

m circa.

Per quanto riguarda la situazione ambientale delle acque nella zona d’inserimento della darsena, già prima della sua costruzione, si fa riferimento a quanto riportato nella relazione del progetto di impianto di ricambio forzato delle acque, in cui è stato valutato l’impatto che la realizzazione della marina avrebbe potuto avere sulla qualità delle acque circostanti. Secondo i dati disponibili al momento dello studio delle ipotesi progettuali, gli scarichi di inquinanti nelle acque circostanti la marina non erano sufficientemente elevati e/o frequenti da causare il non rispetto degli Standard mandatari per le acque di balneazione, standard determinati dalla Comunità Europea a cui si conformano le acque costiere di Rimini (Direttiva dell’Unione Europea per la qualità delle acque balneari, 76/160/EEC). In altre parole le acque marine sembravano fornire una diluizione sufficiente per ridurre la concentrazione dei batteri coliformi fecali a livelli accettabili nella maggior parte della stagione balneare, nonostante gli scarichi dovuti ai deflussi fognari nel fiume Marecchia a monte del bacino darsenile e l’apporto di inquinanti dal litorale stesso. La darsena è stata progettata nell’ottica di non produrre alcuna sostanziale modifica degli standard qualitativi delle acque intorno alla stessa marina; questo avviene innanzi tutto grazie al fatto che l’angolo di sporgenza dalla linea di costa del muro di sponda occidentale della marina è stato previsto molto simile a quello del breakwater già esistente del Porto canale (prima della realizzazione della darsena il fiume Marecchia era già utilizzato come porto canale da imbarcazioni pescherecce e da diporto); inoltre è stato previsto un dettagliato progetto di Gestione della qualità delle acque in fase di esercizio dell’opera, al fine di non fare agire la marina come fonte di inquinanti (a titolo di cronaca alcune delle prescrizioni indicate nella sezione della relazione finale dello studio sull’impianto di ricambio sono: eliminazione totale delle fonti inquinanti causate da scarichi fognari delle imbarcazioni ormeggiate, grazie alla fornitura di servizi igienici nella marina e di un sistema di pompaggio fisso o mobile;

progettazione delle stazioni di rifornimento carburante in maniera tale che eventuali sversamenti di carburante possano essere confinati all’interno di un’area limitata;

adeguati servizi di raccolta dei rifiuti solidi prodotti durante le attività di pulizia,

manutenzione e riparazione delle imbarcazioni; monitoraggio della qualità delle acque

in continuo durante la vita d’esercizio dell’opera ).

3.5.2 Descrizione del progetto di impianto di ricambio forzato dell’acqua

3.5.2.1 Descrizione dello studio idraulico progettuale

Il progetto di impianto di ricambio forzato dell’acqua della marina è stato studiato, dal punto di vista idraulico e costruttivo, in parallelo ad uno studio della qualità delle acque in sito, mediante acquisizione di dati inerenti i valori di DO, di BOD e di coliformi fecali conosciuti per le acque in esame ( acque del fiume Marecchia, acque costiere Adriatiche ecc…). Lo studio del ricambio idrico è stato eseguito attraverso una serie di modellazioni idrodinamiche, utilizzando un modello agli elementi finiti con maglie triangolari dal nome Telemac-2D, originariamente sviluppato da LNH Parigi.

Non essendo disponibili, all’atto delle prime ipotesi progettuali, i dati sopra citati relativi alla qualità dell’acqua in sito, sono state fatte delle ipotesi verosimili circa il ricambio di acqua effettivamente richiesto nella darsena. Queste ipotesi sono risultate ottimistiche, nel momento in cui si è ottenuta l’acquisizione di un certo numero di dati sulla qualità dell’acqua presente, qualità che si è rivelata molto povera sia lungo la costa che nel porto canale di Rimini. Per questo motivo, sono state fatte in seguito ulteriori prove sul modello idrodinamico, per modellare la capacità di ricambio idrico della marina con portate di pompaggio maggiori. A sinistra è riportata la maglia del modello Telemac utilizzato per le modellazioni idrodinamiche.

Fig 3.25 Maglia del modello Telemac

Descrizione del modello utilizzato:

La maglia del modello utilizzato per le simulazioni è mostrata in figura 3.25

Da notare che in questa figura non compaiono i pontili galleggianti presenti nella darsena. Anche in quelle che verranno esposte successivamente, la disposizione dei pontili galleggianti ha solo funzione indicativa, in quanto, dato il loro relativo pescaggio, essi non influenzano significativamente le caratteristiche idrauliche del ricambio d’acqua nella marina. La modellazione ha riguardato la marina, il porto canale e l’area circostante che si estende per 400 m a largo; la risoluzione del modello è di 5 m all’entrata della marina e nel porto canale, mentre è di 20 m nella zona centrale dello specchio acqueo della darsena e nelle aree a largo delle condizioni al contorno sopra definite. La profondità della marina è stata considerata uniforme e pari a 4 m.

Ipotesi sulla valutazione del tempo di ricambio idrico richiesto

La valutazione del tempo di ricambio idrico di progetto necessario in una darsena e quindi della relativa portata di ricambio, deve essere fatta caso per caso, in dipendenza dalle condizioni specifiche del sito in esame.

Essa dipende, quindi, da una serie di fattori, descrittivi delle condizioni dell’acqua presenti:

- entità e rischio di inquinamento entrante nella darsena - rischio di fioritura algale

- obiettivi di qualità delle acque ( assenza di odori di carburante, assenza di fastidio dovuto alla presenza di alghe, assenza di fioritura algale ecc.. ).

Data la mancanza iniziale di dati, come precedentemente detto, in questo caso sono

state formulate delle ipotesi, rivelatesi successivamente ottimistiche, sul tempo di

ricambio ottimale dell’acqua nella darsena; le condizioni ipotizzate inizialmente sono

state quindi: acqua nel mare circostante pulita e basso rischio di fioritura algale nella

darsena. In base a queste è stata stimata una portata di pompaggio di 0.85 m

s .

Tuttavia, quando si sono rese disponibili alcune informazioni sulla qualità delle acque,

è stata sottoposta a test una gamma più vasta di scenari, in particolare sono stati

considerati la possibilità di aumentare il livello di BOD nelle acque marine entranti nel

volume della darsena a causa degli sversamenti periodici di CSO nel corpo idrico e degli accumuli di materiale detritico. I risultati di questi calcoli hanno rivelato che un tempo di ricircolo di 3 giorni risulterebbe più appropriato; a tal fine sarebbe necessario un sistema di pompaggio in grado di prelevare dal mare una portata di 3.5

s

m

. In particolare un tempo di ricircolo di 3 giorni ridurrebbe il potenziale di fioritura di alghe nella marina, infatti le alghe possono trovare nella darsena condizioni di crescita più veloce che in mare aperto, con conseguente aumento del rischio di fioritura, rischio che può essere abbattuto riducendo il tempo di permanenza delle stesse nella marina. Il sopra citato valore di portata di ricambio è stato stimato in condizioni estive, mentre in condizioni invernali, quando la più bassa temperatura dell’acqua riduce la domanda di ossigeno e quindi la crescita delle alghe, tale valore può essere ridotto.

Condizioni testate durante le simulazioni

Le variabili influenti sul ricambio idrico testate nelle modellazioni della prima fase di studio ( stima del tempo di ricambio in base ad ipotesi ottimistiche, in assenza di dati sulla qualità dell’acqua) sono complessivamente 6 ( condiz. 1 - 6 ), mentre un’altra condizione è stata testata successivamente, nel momento in cui si sono resi disponibili una serie di dati sulla qualità dell’acqua in sito ( condiz. 7 ).

Le condizioni testate sono in definitiva le seguenti:

1) Marea sigiziale ( tipico intervallo per la zona in esame: 0.5m, massima escursione tra cresta e cavo )

2) Marea delle quadrature ( tipico intervallo per la zona in esame: 0.1m, minima escursione tra cresta e cavo )

3) Vento ( valore 5 m/s, proveniente da NO )

4) Opzione di pompaggio 1 (0.5 m

s di ricambio forzato distribuito con 3 sorgenti).

Vedi fig. 3.26

5) Opzione di pompaggio 2 (0.8 m

s di ricambio forzato distribuito con 5 sorgenti).

Vedi fig. 3.27

6) Opzione di pompaggio 3 (0.85 m

s di ricambio forzato distribuito con 6 sorgenti). Vedi fig. 3.28

7) Opzione di pompaggio 4 (2.55 m

s di ricambio forzato distribuito con 6

sorgenti). Vedi fig. 3.29

Fig. 3.26 Schema pompaggio opzione 1 Fig. 3.27 Schema pompaggio opzione 2

Fig. 3.28 Schema pompaggio opzione 3 F ig. 3.29 Schema pompaggio opzione 4

Le varie condizioni sopraelencate sono state in alcuni casi combinate tra loro ed in altri testate singolarmente, in simulazioni della durata variabile tra 4 e 10 giorni. Il numero di test eseguiti , le cui variabili analizzate e i cui risultati verranno poi visualizzati, è stato in totale di 8.

Descrizione e risultati dei test effettuati

Test 1: solo marea sigiziale

L’efficienza del ricambio d’acqua nella marina è stata dimostrata simulando il trasporto di un tracciante conservativo con un valore iniziale di concentrazione pari a 1 all’interno della marina e 0 in ogni altra parte del modello. La concentrazione di tracciante dopo 4 giorni viene mostrata in fig. 3.30.

Figura 3.30. Concentrazione di tracciante dopo 4 giorni di test 1 ( solo marea sigiziale )

La successiva figura 3.31 mostra, invece, la concentrazione del tracciante alla fine dei 10 giorni di test.

Solo l’acqua in corrispondenza dell’area vicina all’entrata della marina è stata ricambiata ragionevolmente bene, poiché solo in quella zona le concentrazioni si sono ridotte non più del 50%. La metà settentrionale della marina rimane tra il 50 e il 60%

del valore iniziale. Il terzo meridionale della marina è, invece, sopra l’80% del valore di concentrazione iniziale; il ricambio è poi altrettanto povero nell’angolo Nord-Est.

Figura 3.31. Concentrazione del tracciante nella marina dopo 10 giorni di test tipo 1 ( solo marea sigiziale )

Dalla figura 3.31 si può notare che in gran parte dello specchio liquido la

concentrazione di tracciante è rimasta uguale al valore iniziale unitario, con risultati di

diluizione molto peggiori che per una simulazione di 10 giorni, come peraltro ci

potevamo aspettare.

La figura 3.32 mostra, invece, un esempio della corrente media oltre l’ottava marea (4 giorni ). Si possono notare due lente circolazioni residue con afflusso generale dall’ entrata verso l’angolo NO della marina e deflussi equilibranti verso entrambi i lati.

Figura 3.32. Corrente media dopo 4 giorni di test 1 ( solo marea sigiziale )

Da queste simulazioni, eseguite con la condizione di sola marea sigiziale, è possibile

trarre una conclusione facilmente generalizzabile anche a darsene con diversa

geometria. Infatti, quando si considera il ricambio d’acqua in un bacino chiuso, è

importante rilevare che ottenere soddisfacenti volumi di ricambio non significa per

forza garantire un’accettabile qualità delle acque; anche se un calcolo dei volumi

d’acqua che entrano ed escono dal bacino attraverso i cicli di marea indica che

l’intera acqua presente nella darsena verrà sostituita in poco tempo, questo scambio

può influenzare solo zone limitate che verranno effettivamente ben ricambiate, vicino

all’entrata della darsena; arre distanti dall’entrata relativamente stagnanti possono

anche risentire ben poco del ricambio indotto dall’afflusso di acqua fresca di marea e

dal deflusso di acqua interna a marea calante, rimanendo di qualità scarsa. Per

questo, per ottenere un ricambio soddisfacente in ogni zona del bacino portuale, è

necessario prevedere dei dispositivi adeguati di ricambio artificiale, quali appunto

pompe e mixers.

Test 2: solo vento

Per capire l’effetto che il vento può avere sul ricambio idrico della marina, è stata eseguita una simulazione della durata di 4 giorni, che riproduce un vento imposto proveniente da Nord-Ovest; tale condizione rappresenta una condizione di vento tipico nell’area in esame, sulla base dei dati a disposizione. Il vento influisce sul ricambio idrico di un bacino chiuso, nella misura in cui le forze dovute ad esso riescono ad increspare la superficie dell’acqua , creando su di essa una piccola pendenza; nel momento in cui le forze equilibranti nella massa d’acqua equilibrano quelle dovute al vento, la corrente residuale indotta dal vento stesso si annulla. Questo fenomeno è confermato dai risultati delle simulazioni eseguite, per cui la corrente residua dopo 4 giorni all’interno della marina è totalmente nulla e il tracciante è stato rimosso molto poco dal volume liquido ( fig. 3.33 ).

Figura 3.33 Concentrazione del tracciante dopo 4 giorni. Solo vento

E’ da ricordare, tuttavia, che il modello utilizzato è di tipo 2D, per cui si trascurano

nelle simulazioni, gli effetti di flussi d’acqua tridimensionali che il vento induce sul

volume nella darsena. Infatti, ad es., un vento spirante da NO spingerà gli strati più

superficiali d’acqua fuori dalla darsena, mentre le acque più profonde entreranno

nella marina per ristabilire l’equilibrio idrostatico; questo effetto ha una buona

influenza sul ricambio idrico, se il vento ha una velocità e durata consistente; nei

periodi di calma è siccità, tuttavia, non si può far affidamento su questo tipo di

ricambio indotto.

Test 3: marea sigiziale più opzione di pompaggio 1

Questo test rappresenta la prima simulazione in cui è stata inserita la condizione di pompaggio forzato di acqua dal mare verso la darsena interna.

In particolare è stato valutato l’effetto combinato di un ricambio forzato complessivo di 0.5 m

/ s distribuito con 3 punti d’immissione, come indicato nella già citata fig.4.23., più l’effetto già analizzato prodotto dalla marea sigiziale. La durata del test

è di 4 giorni. Il risultato è che l’acqua è ricambiata abbastanza bene nella parte superiore della marina (vedi fig. 3.34), dove si hanno gli afflussi dovuti a 2 punti immissione d’acqua “fresca”.

Inoltre l’afflusso nel piccolo bacino per i tender delle imbarcazioni riduce le concentrazioni di tracciante in una limitata area inferiore.

Tuttavia esistono ancora ampie zone nella zona centrale e meridionale dello specchio acqueo, in cui le concentrazioni non scendono al di sotto dell’ 80%.

Figura 3.34 Concentrazione del tracciante dopo 4 giorni.

Marea sigiziale + pompaggio opzione 1

Inoltre, come si può vedere dalla successiva figura 3.35, una parte della circolazione

indotta dal ricambio forzato interferisce con la circolazione residua in ingresso della

marina dovuta alla marea, riducendo l’effetto di quest’ultima.

Figura 3.35 Corrente residua. Marea sigiziale più pompaggio opzione 1

Test 4: marea sigiziale più opzione di pompaggio 2

Per migliorare i risultati di ricambio d’acqua nella parte centro-meridionale della marina, è stata valutata, attraverso questo test della durata sempre di 4 giorni, la possibilità di distribuire 0.8 m /

s di acqua in arrivo dal mare su 5 punti diversi, a differenza del caso precedente in cui erano 3 con una portata complessiva minore (fig.3.27). In altre parole sono stati aggiunti 2 afflussi, uno sul lato Ovest ed uno sul lato Est, entrambi con portata immessa pari a 0.2 m /

s , mentre i 2 afflussi dal lato nord passano da 0.2 m

/ s a 0.15 m

/ s , inoltre è stato riposizionato uno degli afflussi sul lato nord, spostandolo in corrispondenza dell’angolo NO. In generale il ricambio d’acqua è migliorato specialmente lungo il lato occidentale, per la presenza dei nuovi afflussi e a causa del riposizionamento di uno degli afflussi suddetti. Ancora si nota però nell’angolo SE della marina un’area di ricambio alquanto modesta, con valori ancora sopra il 70% della concentrazione di tracciante iniziale.

Test 5: marea sigiziale più opzione di pompaggio 3

La terza opzione di pompaggio studiata simula un ricambio forzato pari a 0.85 m

/ s distribuito tra 6 punti come mostrato nella figura 3.28. La principale modifica riguarda l’aggiunta di un nuovo afflusso nell’angolo SE della marina.

Analizzando la concentrazione di tracciante dopo 4 giorni, si vede che tutti gli angoli della marina ricevono ora dal sistema di ricircolo forzato, acqua prelevata dal mare, mentre le concentrazioni maggiori di tracciante rimangono ancora confinate al centro della marina (figura 3.36 a sinistra).

Figura 3.36 Concentrazione tracciante dopo 4 giorni. Marea + pompaggio opzione 3

Dopo 10 giorni le concentrazioni, nella maggior parte dello specchio liquido, sono meno del 20% del valore iniziale (figura 3.37 a sinistra). Il volume totale del tracciante che rimane nella marina dopo 10 giorni è il 14%. La distribuzione della corrente residua, come mostrato in figura 3.38, è tale per cui il movimento dell’acqua pompata che lascia la marina è l’unico movimento prevalente che si può notare.

Figura 3.37 Concentrazione tracciante

dopo 10 giorni. Marea + pompaggio

opzione 3

Figura 3.38. Corrente residua. Marea + pompaggio opzione 3

Test 6: marea delle quadrature più opzione di pompaggio 3

Il test in esame, che rappresenta il test finale, ha utilizzato lo stesso schema di

pompaggio del test precedente, ma con un intervallo tipico di marea delle quadrature

pari a 0.1 m. Sia la concentrazione del tracciante dopo 10 giorni, che la corrente

residua, sembrano molto simili a quelle prodotte dal test 5 eseguito in presenza della

marea sigiziale. Il volume totale di tracciante che rimane all’interno della marina è

pari al 13%. Questo test è quindi utile nel confermare che il ricambio delle acque

della marina con l’opzione di pompaggio 3 è imputabile in gran parte al pompaggio

stesso, in quanto varia di poco al variare dell’intervallo di marea. Non si riportano le

relative figure risultanti poiché, appunto, simili a quelle del test precedente.

Test 7: marea delle quadrature più opzione di pompaggio 4

In parallelo alle simulazioni descritte, è stato eseguito uno studio della qualità delle acque presenti in sito, da cui è risultata plausibile l’ipotesi di garantire il pieno ricambio delle acque in meno di 10 giorni; quindi é stato testato il ricambio forzato con una portata ancora maggiore delle pompe, distribuita in maniera diversa dai test precedenti. Nel particolare è stata ipotizzata una portata totale immessa di 2.55

s

m

/ distribuita come mostrato nella figura 3.29. La marea scelta per il test è stata

ancora una volta una marea delle quadrature media ( intervallo 0.1 m ). La figura

3.39 mostra la concentrazione di tracciante all’interno della marina dopo 3 giorni

mentre la figura 3.40 mostra la concentrazione dopo 10 giorni. Si può vedere che

dopo 3 giorni non ci sono concentrazioni maggiori di 0.4 e dopo 10 giorni,

effettivamente, tutto il tracciante ha abbandonato la marina. Quindi la simulazione

avvalora l’ipotesi di completo ricambio dell’acqua del bacino in 10 giorni con una

portata pari a 2.55 m /

s .

Figura 3.40. Concentrazione tracc.dopo 10giorni.

Marea delle quadrature + opzione di pompaggio 4

Test 8: opzione marea sigiziale più condotte

Per valutare anche il funzionamento di eventuali condotte nel breakwater per la comunicazione diretta tra la marina e il mare aperto, al posto di un sistema di ricambio forzato a mezzo di pompe, è stata girata una simulazione con 5 condotte di comunicazione tra la marina e il mare aperto, posizionate come mostrato in figura 3.41, con funzionamento in parallelo al ricambio dovuto alla marea sigiziale.

Figura 3.41. Posizionamento delle tubazioni nel breakwater

La figura 3.42 mostra la concentrazione del tracciante all’interno della marina dopo 10 giorni. Si può facilmente notare che, dopo 10 giorni, il ricambio dell’acqua della marina non è migliorato in confronto alla situazione riportata in precedenza in fig. 3.31, relativa al caso di sola marea sigiziale. Ciò significa che il contributo del ricambio offerto dalle condotte all’acqua nella marina è pressoché ininfluente; per questo tale soluzione può essere scartata.

Figura 3.42. Concentrazione tracciante

dopo 10 giorni . Marea sigiziale +

3.5.2.2 Descrizione del progetto ingegneristico

Scelte nel dimensionamento dell’impianto

Nonostante secondo lo studio di qualità delle acque sia richiesta una portata di acqua

“fresca” di 3.5 m

s ,per assicurare adeguate condizioni di ricambio delle acque nel porto,il reale progetto ingegneristico è basato sulla richiesta di ricambio idraulico di 0.9 m

s , permettendo un aumento della portata fino a 1.2 m

s , per garantire sempre la portata idraulica (manutenzione delle pompe) ed avere un adeguato margine in caso di problemi particolari. Il valore di portata di acqua di ricambio di 0.9

s

m

, sulla base di cui è stato dimensionato l’impianto, è quindi un valore concordato tra l’equipe di progettisti ed il cliente, sulla base di considerazioni diverse da quelle puramente ambientali, che raccomandavano il valore di portata suddetta (3.5 m

s ), in grado di garantire un ricambio totale dell’acqua del bacino in 3 giorni. Tuttavia il sistema é stato anche stimato, anche se non dimensionato, per questa maggiore portata. Le implicazioni di questo aumento di portata, anche se non sono mostrate sui disegni, sono descritte nei paragrafi seguenti come alternativa progettuale.

Foto 3.13. Veduta di uno dei canali di manovra interni della darsena di Rimini

Caratteristiche generali

Il sistema di ricambio forzato dell’acqua della marina è costituito da una stazione di pompaggio avente n° 3 pompe in grado di prelevare, da apposito bacino di calma, una portata d’acqua fresca complessiva di 1.2 m

s . Il bacino di calma, che verrà descritto in seguito, comunica con il mare aperto mediante due tubazioni che forano la mantellata del breakwater settentrionale, ovvero la struttura che separa il bacino portuale dal mare aperto; per questo le pompe prelevano acqua a cui viene lasciato il tempo di far decantare una buona quantità di sedimenti presenti in sospensione, con il vantaggio di un minore intasamento degli organi di presa. Le pompe inviano l’acqua prelevata ad un sistema di distribuzione, costituito a sua volta da tubazioni che corrono, alloggiate nel fondale della darsena, lungo il bordo delle banchine ed aventi diametro variabile a seconda dei tratti. Gli sbocchi attraverso cui l’acqua entra nel bacino sono in tutto 6, regolati attraverso opportune valvole di sbocco. Tra le varie simulazioni effettuate durante lo studio del progetto, quelle che per le ipotesi di base più si avvicinano al funzionamento realmente pianificato dell’impianto, sono la numero 5 e 6; questo sia per l’analogia nel posizionamento dei punti di sbocco dell’acqua in arrivo dal mare, che per la portata complessiva di acqua fresca immessa, che nelle simulazioni suddette è di 0.85 m

s , in confronto agli 0.9 m

s

dell’impianto in esercizio.

Figura 3.43. Stralcio della planimetria di progetto del sistema di ricambio forzato ( “Schema

generale del sistema di pompaggio”. Tavola HR 10 )

Struttura di presa

La struttura di presa è composta da due tubazioni in ferro di 863.7 mm di diametro (fig. 3.44 ), che passano attraverso la mantellata.. Queste tubazioni sono poste a 0.5 m sopra il fondo marino, per minimizzare l’effetto del moto ondoso e anche perché le acque di qualità più povera è probabile che si presentino in superficie.

Per ridurre la turbolenza all’entrata, sono fornite Bocche Bell sui tubi di presa, in tal modo si minimizzano sia le perdite all’imbocco sia l’entrata di sedimenti in sospensione.

Segnaliamo che é stata esaminata la possibilità di usare la mantellata come filtro ma, date le alte portate, c’é il pericolo di intasamento dei pori del rivestimento ed, inoltre, esiste anche il pericolo di sifonamento che causerebbe il collasso geotecnico della struttura.

NOTA: In base ad un incontro con operatori di gestione del porto ( Maggio 2007), è

emerso il problema, peraltro già riscontrato per il porto di Senigallia, di un frequente

interrimento del bacino di calma, nonché di ripercussioni sul funzionamento delle

pompe, con conseguenti elevati costi di dragaggio e pulizia; a tale problema si è

cercato di far fronte, montando in corrispondenza delle bocche di aspirazione dei tubi

sotto la superficie del mare, degli appositi pezzi ( curve a 90° ); l’intento è ancora

una volta quello di

sfavorire l’entrata

nelle tubazioni di

sedimenti portati in

sospensione dalle

onde, in particolar

modo durante le

mareggiate; lo scopo

è in aperte raggiunto

a causa del fatto che

la sezione di apertura

delle tubazioni è

stata ruotata (in

ipotesi verticale, ora

è orizzontale grazie

al montaggio della

curva con bocca di

Figura 3.44. Sezioni dell’opera di presa passante nel breakwater di nord.

presa verso l’alto), ma soprattutto grazie al prelievo di acqua negli strati più superficiali del tirante idrico; infatti il pezzo aggiuntivo riposiziona l’apertura ad una quota dal fondo più elevata rispetto all’originale.

Bacino di calma

Le tubazioni di presa suddette sono posizionate sopra il fondale, lontano dal letto di sabbia mobile; tuttavia non è da escludere che l’attività delle onde sia ancora sufficiente per portare in sospensione il materiale di fondo all’interno della colonna d’acqua; quindi è notevole la possibilità che venga aspirata sabbia ed altro materiale in sospensione. Per cautelarsi dall’intasamento delle pompe di aspirazione, è stato incluso un bacino di calma in modo da ridurre la quantità di sedimento aspirato dalle pompe ed immesso nella marina attraverso il sistema di tubazioni per il ricircolo forzato.

L’ area ottimale del bacino di calma ( fig.3.45 ) dipende dalle dimensioni del materiale in sospensione e dalla portata che passa attraverso il bacino. All’atto della progettazione non vi erano informazioni dettagliate sulla grandezza del materiale di fondo presente in sito; erano tuttavia a disposizione alcuni risultati dell’analisi granulometrica dei campioni di sedimento dall’area del canale. Queste relazioni hanno mostrato che la dimensione del sedimento nel canale è compresa tra 20 e 300 micron, con grandezza media di 35-70 micron.

Inoltre, appositamente per questo progetto, la società di progettazione HR Wallingford ha provveduto alla raccolta di tre campioni di materiale; i tre campioni sono stati tutti prelevati sulla spiaggia esistente in condizioni di alta marea. Due sono stati presi nell’area della proposta marina ed il terzo sull’altro lato del canale di entrata rispetto a quello della marina. Si è evidenziata una sensibile variazione nelle dimensioni del sedimento nei campioni, quando sono stati confrontati con quelli dei riferimenti sopra citati. In questi campioni la dimensione delle particelle stimata é risultata essere compresa tra 200 micron e 500 micron e la maggior parte del materiale ha dimensioni pari a 300 micron.

In definitiva, la superficie del bacino di calma è stata valutata per una portata di 0.9

s

m

in funzione dell’efficienza di trattenimento del materiale richiesta, laddove per il materiale di progetto si è fatto riferimento sia ai dati della granolumetria dei sedimenti del canale, sia ai dati ricavati dai prelievi eseguiti dalla società stessa, eseguendo in parallelo due stime di trattenimento del materiale.

Figura 3.45. Dettaglio del bacino di calma e della stazione di pompaggio. Stralcio della Tavola HR 11.

Efficienza di trattenimento del materiale richiesta (%)

Superficie del bacino ( m

)

Particelle 300

μ m

Particelle 75

μ m

20% 5 40

40% 12 90

60% 20 165

80% 36 295

100% 150 1000

Tabella 1 .Superficie del bacino di calma in funzione dell’efficienza di trattenimento del

materiale, per una portata di acqua prelevata di 0.9 m

s ^.

Dalla tabella precedente si può dedurre che per trattenere tutto il materiale presente in sospensione, con una portata d’acqua prelevata di 1.2 m

s , sarebbe necessario un bacino di calma avente superficie molto elevata, soprattutto se si adottasse come diametro medio delle particelle da trattenere quello di 75 μ m; realizzare un tale bacino risulterebbe incompatibile con l’area limitata di terreno disponibile e gli elevati costi di costruzione associati. Viene quindi assunto un compromesso, in modo da realizzare un bacino di 100 m

, il quale probabilmente può fermare, approssimativamente, il 96% del materiale di 300 micron con una portata di 1.2

s

m

e solo il 69% con una portata di 3.5 m

s . (portata idealmente capace di ricambiare in 3 giorni tutta l’acqua del bacino, come visto dalle simulazioni idrodinamiche precedentemente elencate). Per particelle di 75 micron, queste stime diventerebbero, rispettivamente, 34% e 14%.

Figura 3.46. Sezioni della stazione di pompaggio. Stralcio della Tavola HR 12.

Stazione di pompaggio

La stazione di pompaggio ( fig. 3.46 precedente) è chiaramente separata dal bacino di calma per non cancellare i benefici che quest’ultimo apporta nel deposito dei sedimenti trasportati dall’ acqua, prima ancora che essa arrivi alle pompe. Le pompe sono in numero di 3 ed ognuna è in grado di prelevare 400 l s , per un totale complessivo di portata di 1200 l s . Il modello utilizzato è per tutte e tre il Flygt CP330/610; esse sono alloggiate in apposita struttura prefabbricata in cls; la scelta della tipologia prefabbricata è stata fatta in alternativa all’eventuale costruzione da eseguire in sito, in condizioni asciutte e quindi con l’aiuto di palancolate; quest’ultima si è però prospettata molto più costosa, per cui è stata scelta la prima alternativa, a discapito di eventuali perdite nei giunti di solidarizzazione delle due unità prefabbricate utili alla realizzazione di struttura di alloggio; le perdite sarebbero infatti problematiche solo nel caso di necessità di svuotamento della stazione di pompaggio stessa, ma non i condizioni di normale funzionamento dell’impianto.

Tubazioni di mandata

La rete di tubazioni è stata dimensionata facendo l’ipotesi di una prevalenza di pompaggio di 10 m. Il livello d’acqua nella stazione di presa è stato assunto, approssimativamente, pari al livello marino. Le tubazioni sono state dimensionate assumendo una scabrezza interna di 0.05 mm e che le perdite siano inferiori, in ciascun ramo di 1 . 5 ⋅ v

2 g . La rete è stata dimensionata per portate fino a 1.2 m

s , prevedendo almeno 1 m di pressione residua in testa agli sbocchi.

Il materiale scelto per le tubazioni è il Polietilene (PE), utile per resistere alle pressioni ipotizzate. Il dimensionamento, eseguito con riferimento alla portata di progetto prelevata di 0.9 m

s ,ha definito i seguenti diametri interni delle tubazioni in PE:

• Stazione di pompaggio 800 mm,

• Banchina Nord 300mm ( porta acqua all’angolo nord-est della marina )

• A sud della stazione di pompaggio, il diametro interno varia dagli iniziali 600 mm, a 500 mm nell’angolo sud-ovest, fino ai 400 mm di diametro nell’angolo sud-est.

Le tubazioni sono interrate nel fondale dopo apposita trincea di scavo, ( fig.3.47 ) con

posizione all’interno del bacino portuale rispetto al profilo di banchina, principalmente

per agevolare la regolazione delle valvole di mandata nei punti d’ immissione. Come

precedentemente detto, la prevalenza massima della conduttura di progetto è di l0 m

sotto condizioni operative normali, tuttavia possono verificarsi sovralzi di pressione ,

dovuti ad operazioni incorrette delle valvole; quindi le tubazioni sono dimensionate per 4 bar o sopra.

Sbocchi

La scelta della disposizione degli sbocchi è stata effettuata in base all’obiettivo di conseguire una distribuzione più uniforme possibile dell’acqua prelevata dal mare dal sistema di pompaggio, obiettivo con cui sono state condotte le simulazioni riportate nella precedente sezione. Gli sbocchi sono sei, realizzati con tubazioni con un diametro minimo interno di 300 mm .Ogni sbocco possiede valvole regolabili, in questo modo la portata può essere modificata per ottenere il tasso di ricambio corretto anche per zone differenti all’interno del porto.

Figura 3.47. Dettagli del posizionamento delle tubazioni di mandata e degli sbocchi ( part. del tubo di sbocco da 315 mm ). Stralcio della Tavola HR 14.

Sintesi delle opere progettuali

La tabella successiva riporta una sintesi dello studio effettuato per il ricambio forzato

delle acque della Marina di Rimini. Sono indicate due ipotesi progettuali: la prima,

relativa ad una portata di ricambio di 900 l/sec, è quella effettivamente attuata nella

realizzazione, la seconda è solamente ipotizzata per un ricambio migliore ( 3 giorni)

dell’acqua del bacino.

Descrizione Portata 900 l/sec Portata 3500 l/sec

Dati generali Volume totale acqua da

ricambiare ≅ 400000 m

≅ 400000 m

Larghezza Porto Canale ≅ 35 m ≅ 35 m

Lunghezza porto canale tra imboccatura Marina ed il mare aperto

≅ 310 m ≅ 310 m

Dati idraulici e di qualità

Ricambio idraulico dopo giorni 10 3

Rischio presenza alghe nel

periodo estivo Alto Limitato

Dati tecnici stazione di pompaggio ed opere civili

Dimensioni in pianta 29.1x6.7 m 33.1x7.9 m

Quota di base interna l.m.m. Da -2 m a -2.2 m Da -2 m a -2.2 m Volume totale 390 m

interno 530 m

interno Trappola per sedimenti

dimensione 300 micron

96%tutto l’anno 96% in inverno 75% in estate Dati tecnici sistemi elettro meccanici

N° pompe 4 (300 l/s ognuna) 4(1170 l/s ognuna)

Portata idraulica richiesta

estiva Da 900 l/s a 1200

l/s 3510 l/s

Portata idraulica richiesta invernale

Da 900 l/s a 1200 l/s

1170 l/s Diametro tubi e lunghezza dei tratti

Tubazioni di presa 710 mm-80 m 1000 mm-120 m

Tratto stazione pompaggio 800 mm-10 m 1400 mm-10 m

Tratto banchina Nord 315 mm-241 m 600 mm-241 m

Tratto banchina Ovest 630 mm-154 m

560 mm-248 m 1200 mm-154 m 1000 mm-248 m

Tratto banchina Sud 560 mm-187 m 800 mm-187 m

Tratto banchina EST 450 mm-72 m 630 mm-72 m

Diffusori 315 mm-90 m 560 mm- 90 m

Prezzi fornitura: pompe, impianto elettrico,tubazioni

Stima costo n° 4 pompe Lit. 250.000.000 Lit. 624.800.000 Impianto elettrico Lit. 40.500.000 Lit. 199.500.000

Tubazioni Lit. 1.460.550.000 Lit. 3.056.970.000

Tabella 2. Ricambio forzato delle acque: sintesi dello studio