CAPITOLO 1
1. INQUADRAMENTO DEL PROBLEMA.
Le casse di espansione sono interventi strutturali di difesa dalle piene che causano la riduzione della portata al colmo immagazzinando, durante la fase ascendente dell’onda di piena, una parte del volume di deflusso.
Come già menzionato nell’introduzione, la tipologie principali delle c. di espansione sono due:
• Casse di espansione in derivazione
• Casse di espansione in linea
Le casse in derivazione sono poste fuori dall’alveo ordinario di un corso d’acqua e per questo per essere realizzate necessitano di superfici di terreno preesistenti o realizzate artificialmente in adiacenza ai tronchi vallivi dei corsi d’acqua, ove si possa immagazzinare temporaneamente il volume dell’onda di piena corrispondente al deflusso di portate che superano un fissato valore massimo indicato con Q . A
Si parla di volume immagazzinato temporaneamente perché, una volta cessata l’onda di piena la cassa restituisce questa quantità al corso d’acqua tramite scarico a gravità.
Per adempiere a queste funzioni sono quindi necessarie costose opere infrastrutturali come arginature, organi di regolazione idraulica (sifoni,soglie sfioranti,ecc..) che, assieme all’esproprio delle superfici necessarie, ne fanno salire notevolmente il costo a fronte del beneficio di ottenere una laminazione dell’onda di piena molto efficace.
L’invaso ove viene immagazzinato il volume dell’onda di piena può essere unico o diviso in più settori, ciascuno dotato di una propria soglia sfiorante e soglia di scarico (vedi figura 1).
Questa soluzione permette, al verificarsi di onde di piena piuttosto frequenti di non occupare il volume dell’intera cassa, con grandi vantaggi dal punto di vista gestionale.
Capitolo 1
Figura 1: Schema di una cassa di espansione in derivazione divisa in tre settori.
Le casse di espansione in linea sono poste in adiacenza all’alveo naturale del corso
d’acqua e vengono allagate tramite un rigurgito, ottenuto a monte di uno sbarramento trasversale. Quest’ultimo può essere una briglia o una traversa munita di luci a stramazzo o a battente, o ancora più semplicemente un forte restringimento d’alveo ottenuto artificialmente: sono tutti manufatti che regolano la portata effluente in funzione del livello liquido che si ha nella cassa.
Questa tipologia di cassa, che viene realizzata per i corsi d’acqua non arginati, presenta una maggiore semplicità costruttiva ed è quindi più adatta ad essere realizzata in zone dall’elevato valore naturalistico; rispetto alla cassa in derivazione presenta lo svantaggio di avere un’efficacia di laminazione piuttosto modesta, soprattutto per portate ad elevati tempi di ritorno.
Figura 3: cassa di espansione in linea.
Questo problema può essere risolto costruendo tali manufatti in serie lungo l’asta fluviale. Spesso alla laminazione in linea è abbinato un serbatoio ad uso irriguo o idroelettrico: si parla allora di invasi a scopo multiplo, che consentono tramite questi benefici aggiuntivi di compensare, almeno in parte, gli alti costi di allestimento del manufatto.
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Figura 4: serbatoio di laminazione ad uso irriguo in Sardegna.
Riguardo alla disposizione geografica ed alle prestazioni che devono ottenere le casse di espansione, il PAI definisce gli obiettivi da conseguire con questi manufatti che sono:
- Calibrazione del funzionamento idraulico in relazione allo scenario di intervento per il quale è prevista la realizzazione dell’opere.
- Massimizzazione dell’effetto laminativo sulla portata locale per le casse da realizzare sugli affluenti minori e sull’asta principale del Fiume Vara.
- Massimizzazione dell’effetto laminativo sulla portata in corrispondenza dei punti critici identificati come prioritari (abitati di Pontremoli ed Aulla) per le casse poste sulle aste principali del Fiume Magra e del Torrente Aulella.
- Efficacia di tutte le casse sulla riduzione della portata e dei volumi in corrispondenza del tratto a valle della confluenza Magra-Vara.
Al punto 3.6.1. della Relazione Generale il PAI individua i punti di maggiore criticità lungo le aste fluviali del Bacino del Fiume Magra e degli affluenti: dalla lettura emerge che mentre il fiume Magra sia nell’alto corso che nel basso presenta numerosi punti a criticità elevata e molto elevata, soprattutto a causa del fatto che si incontrano numerosi insediamenti urbani di una certa consistenza, il Fiume Vara ed i suoi affluenti presentano punti critici non facilmente inquadrabili, dal momento che si tratta di situazioni locali spesso dovute agli affluenti dell’asta principale.
Gli interventi previsti quindi devono sommare all’efficacia locale (es: messa in sicurezza di eventuali centri abitati) un’efficacia globale, derivata dal funzionamento in rete con altri manufatti, che consenta di ottenere un’onda di piena fortemente scolmata soprattutto a valle della confluenza con l’asta principale del fiume Magra.
La cassa di espansione studiata, della tipologia in linea, poiché si trova sull’asta fluviale
del Fiume Vara, fa parte di questa tipologia di intervento: in questo studio verrà valutata la sua efficacia locale nella messa in sicurezza dei centri abitati a valle di essa e la sua efficacia globale nel funzionamento in serie con altri dispositivi di laminazione previsti a monte di essa dal PAI, ma attualmente non ancora realizzati.
Per quel che riguarda gli insediamenti, a valle del manufatto si trovano due centri abitati, Brugnato e Borghetto, dei quali soltanto il secondo presenta aree a rischio elevato e molto elevato causate dal fiume Vara.
L’abitato di Brugnato infatti, presenta criticità dovuta al Torrente Chiciola, corso d’acqua con bacino imbrifero di modesta estensione, ed al torrente Gravegnola sul quale sono stati fatti recentemente i previsti lavori di messa in sicurezza che hanno portato alla deperimetrazione dalle aree di rischio elevato e molto elevato.
L’unica infrastruttura del Comune di Brugnato che si trova sufficientemente vicina all’asta fluviale del Fiume Vara, l’area industriale, situata in sponda sinistra compresa tra il fiume ed il rilevato autostradale, è stata oggetto di interventi di sistemazione idraulica che, analogamente a quelli effettuati sul T. Gravegnola, hanno portato alla deperimetrazione della zona da quelle previste di interventi di messa in sicurezza.
Capitolo 1
Figura 5: aree di rischio molto elevato a Brugnato indotte dal torrente Chiciola
Per quel che riguarda Borghetto Vara, le criticità sono indotte sia dal fiume Vara che dal torrente Pogliaschina.
Figura 7: aree di rischio molto elevato a Borghetto Vara indotte dal Torrente Pogliaschina e dal Fiume Vara.
In sintesi il lavoro che sarà effettuato nella presente tesi sarà la progettazione di una cassa in linea allo scopo di poterne valutarne l’efficacia nella messa in sicurezza delle aree a rischio di Borghetto Vara e sarà poi valutato il funzionamento globale assieme ad altri eventuali manufatti previsti a monte di essa.
Nei primi tre capitoli verrà calcolato l’idrogramma attuale sotteso dalla sezione di chiusura della cassa, partendo dai dati idrologici e geomorfologici del bacino considerato, e la portata massima defluente nelle condizioni indisturbate presso Borghetto Vara.
Capitolo 1
Figura 8: Il viadotto dell’autostrada A12 in prossimità di Brugnato e Borghetto Vara.
2. CARATTERISTICHE GENERALI DEL BACINO.
I due punti di partenza nella progettazione di una cassa di espansione sono la individuazione della sezione di chiusura e la determinazione del sottobacino da essa sotteso.
Il primo punto è determinato da precisi studi topografici e geologici (oltre ovviamente da esigenze di messa in sicurezza di particolari zone, abitati o manufatti che si trovano a valle della struttura) indicanti lungo il corso del fiume la presenza di un restringimento d’alveo naturale che consente, tramite la costruzione di una delle soluzioni strutturali già menzionate nel paragrafo precedente, l’invaso naturale delle acque di un’eventuale colmo di piena avente una certa probabilità di non superamento in un dato intervallo di tempo.
Il sottobacino sotteso dalla sezione di chiusura altro non è che la porzione di territorio ove si hanno le precipitazioni meteoriche (pioggia, neve e grandine) che danno luogo al deflusso attraverso detta sezione.
Il primo passo di questo studio è stato il tracciamento della linea di confine del sottobacino, che è la linea spartiacque (o di displuvio): per fare ciò è stato utilizzato il software Arc-View 3.2a, lavorando sulla cartografia in formato digitale fornita dall’Autorità di Bacino del Fiume Magra.
Partendo dalla sezione di chiusura, andando ortogonalmente alle curve di livello ed unendo i picchi delle cime più alte è stata così ottenuta la linea spartiacque.
Il bacino in questione ha una superficie di 341.7 Kmq e comprende quasi la totalità del percorso medio-alto del fiume Vara; dalle sorgenti poste sul monte Zatta ad una quota di 1404 m s.l.m. si giunge alla sezione di chiusura, posta a circa 108 m s.l.m. per una lunghezza totale dell’asta principale di Km 40,515. F ium e Fium e M a gra Vara
Bacino del Fiume Magra
Bacino sotteso dalla sezione di chiusura Fiume Magra
Fiume Vara Area di espansione
Figura 9: confronto tra la superficie complessiva del Fiume Magra, di Kmq 1698.5 e quella sottesa dalla sezione di chiusura relativa alla cassa di espansione (bordata di
Capitolo 1
In figura 10 sono mostrati i sottobacini che compongono il bacino studiato: si noti che gli affluenti di destra sono più brevi ed hanno bacini meno estesi rispetto a quelli posti in sinistra idrografica.
Sottoba cin i: Borsa Can al e di L ore nzo Ces ine lla Picc ola Ces ine lle Chi ne la Cro van a Dur la Go tte ro Mala cqu a Mang ia Rus chi a Scag lia na Sto ra To rza Tra mba cco Vall e de ll a Gravi ola Vara a mon te B orsa Vara a mon te Gra veg no la Vara a mon te M ala cqu a Vara a mon te R us chia Vara a mon te S cag lia na Vara a mon te S to ra Vara a Nas ceto Vara a val le C hin el a Vara a val le C rova na
Area p revi sta pe r la ca ssa d 'esp an sio ne
L’Autorità di Bacino ha fornito la classificazione del reticolo idrografico secondo l’ordine di Horton-Strhaler; la figura 11 evidenzia con colori diversi la gerarchia delle aste fluviali del bacino esaminato.
Clas sif icazione del reticolo secondo Hotron-St ralher 1 2 3 4 5 6 7
Figura 11: Classificazione del reticolo idrografico
Capitolo 1
SOTTOBACINO T.POGLIASCHINA
BRUGNATO
BORGHETTO VARA CASSA DI ESPANSIONE VARA 4
SOTTOBACINO T.GRAVEGNOLA
1 0 1 2 Kilometers
Figura 8
Altri aspetti del bacino utili allo studio (caratteristiche litologiche, dell’uso del suolo e della permeabilità) saranno esaminati dettagliatamente nel Capitolo 3.
