Capitolo 2
Inquadramento geografico
2.1 Descrizione dell’area di intervento.
La zona d’intervento scelta, sulla quale verrà progettata la cassa in derivazione, si sviluppa nel bacino del fiume Magra.
Piuttosto rilevante per la sua ubicazione (arco tirrenico ligure nord toscano) tale bacino idrografico è caratterizzato dal Fiume Magra, le cui acque appartengono ad un territorio avente una estensione di circa di 1699 km con perimetro di 238 2 km (figura 2.1.1).
In particolare il bacino del fiume Magra confina a settentrione con quello del fiume Po, con i bacini liguri del Graveglia, Entella e Gromolo a ovest, con i bacini dello spezzino costiero a SW, con il Mar Tirreno e le Alpi Apuane a meridione ed infine con i bacini dei torrenti Carrione e Frigido, seguite dall’Appennino Tosco Emiliano e dallo spartiacque col fiume Serchio ad est.
Con riferimento ai dati ufficiali disponibili e vista l’ampia estensione, il bacino in esame viene segmentato in tre grandi parti (o “ambiti”):
• “Ambito 1” (Magra alto): il Magra prima della confluenza con il suo maggiore affluente: il fiume Vara;
• “Ambito 2”: il bacino dell’affluente Vara;
• “Ambito 3”: il fiume Magra dalla confluenza con l’affluente Vara fino alla foce.
Di seguito viene descritto solo il primo tratto (Magra Alto), poiché in tale zona verrà localizzato l’intervento idraulico in esame. Questo “ambito” è dunque caratterizzato dall’asta principale (fiume Magra), ricevente un numero elevato di affluenti, caratterizzati da superfici drenate significative a scala di bacino (Aulella, 317,6km ; Taverone, 87,22 km ; Verde, 2 68km ; Bagnone, 592 km ; Gordana 502 km ) o in ogni caso rilevanti (Caprio, Civiglia Teglia, 2 Magriola, Mangiola, Osca, tutti con estensione inferiore a 40 km ). Disposti nel loro assieme 2 con una marcata dissimmetria, dovuta all’importanza ed all’altitudine dei rilievi dai quali scendono, essa si rileva per la presenza di amplissimi affluenti nella parte medio bassa in sinistra idraulica (Aulella e Taverone in particolare) e modesti nella parte alta (sempre a sinistra) e per la presenza nella destra idraulica di grandi affluenti nella zona apicale (Magriola, Verde e Gordana) e piccoli affluenti nella parte terminale (Osca, Penolo, Cisolagna).
La figura 2.1.1 mostra il bacino idrografico del fiume Magra: sono facilmente riconoscibili il principale affluente (Vara), che si sviluppa parallelamente alla linea di costa e l’articolato assieme formato da quelli secondari.
Figura 2.1.1: bacino idrografico del fiume Magra
L’Autorità di Bacino, nell’ambito della classificazione delle aree a rischio idraulico, (si veda il paragrafo 1.1) individua alcune zone d’intervento nel tratto superiore del fiume Magra. In località Filattiera, posta tra la Aulla e Pontremoli (provincia di Massa Carrara) è stata infatti individuata l’area preposta alla realizzazione della cassa di espansione in esame. La figura 2.1.2 mostra un ingrandimento della zona di interesse (da “Carta del rischio idraulico” in scala 1: 10.000 TAV.6).
La cassa, posta sul braccio principale del fiume Magra in sinistra idraulica, costituisce un intervento sostenibile allo scopo di mitigare un rischio elevato (zona in colore rosso). Le figure 2.1.3 e 2.1.4 mostrano invece un ingrandimento della zona di interesse (da“Carta del
rischio idraulico elevato e molto elevato” in scala 1: 10.000 TAV. 7B) con il posizionamento del manufatto idrico in esame (potenziale cassa di espansione).
Figura 2.1.3: ingrandimento della zona di interesse (da“Carta del rischio idraulico elevato e molto elevato” )
L’area di intervento (piana di Filattiera) ricade infatti in una zona destinata prevalentemente ad uso agricolo con scarsa densità di urbanizzazione; sono presenti solo alcuni casolari sparsi, dove in passato si sviluppavano attività di estrazione di materiale inerte che ha lasciato evidenti segni. In particolare si riconosce un ampio lago posto a circa un centinaio di metri dalla sponda del fiume Magra. Il dimensionamento della cassa si effettua con l’obiettivo di ottenere una massiva riduzione della portata nel centro abitato posto immediatamente a valle (Aulla), per eventi di piena con tempo di ritorno Tr =200anni.
L’area d’intervento è posta inoltre tra la confluenza del torrente Teglia (sezione M121) ed il torrente Bagnone (M90) e raccoglie l’immissione del torrente Mangiola (sezione M112). L’intervento è stato oggetto di uno studio preliminare che ne ha definito il posizionamento, le volumetrie e le modalità realizzative: si tratta infatti di una cassa di espansione composta da quattro moduli in derivazione indipendenti, ciascuno dei quali dotato di una propria soglia sfiorante di 200 m. di lunghezza.
Di questa opera è stato definito il massimo volume invasabile, equivalente a 2.250.000 di mc. Noi seguiremo a grandi linee il progetto preliminare (posizionamento e tipologia di cassa di espansione) ma i risultati della presente tesi non saranno direttamente confrontabili con quelli del progetto preliminare che assumeva condizioni al contorno differenti rispetto alle nostre. I dati a disposizione, necessari per lo studio da noi effettuato, sono costituiti dalle cartografie generali, dalle sezioni idrografiche del corso d’acqua e dagli idrogrammi di piena relativi a durate di pioggia di 24 ore con tempi di ritorno Tr =200anni, sia sull’alveo principale sia
sull’affluente Mangiola.
2.2 Regionalizzazione delle portate di massima piena.
Gli idrogrammi di piena sono stati calcolati sulla base dei risultati dello studio CIMA-PIN (forniti dall’Autorità di Bacino) e consentono la determinazione delle onde di piena in una sezione generica del reticolo (le Amministrazioni della Regione Liguria e della Regione Toscana hanno affidato al Centro di Ricerca in Monitoraggio Ambientale, “CIMA”, dell’Università degli Studi di Genova, unitamente al Centro Studi Ingegneria “PIN” di Prato, l’incarico di effettuare studi idrologici atti alla realizzazione del Piano di Bacino del fiume Magra).
Per la determinazione della portata di massima piena duecentennale si è fatto riferimento alla procedura di Regionalizzazione delle portate di piena. Con questo termine si intendono quelle metodologie che, a partire dalle informazioni territoriali e da quelle raccolte tramite stazioni di misura, cercano di giungere ad una visione complessivamente valida per l’area geografica in esame, nella sua interezza o per ambiti riconosciuti omogenei.
Nel caso in esame l’area geografica è quella relativa al bacino idrografico del fiume Magra, riconosciuta suddivisibile nei due ambiti omogenei del Vara e del Magra.
Diverse sono le metodologie tecnico-scientifiche che possono essere utilizzate per giungere alla regionalizzazione delle portate di piena: alcune sono basate sulle misure effettuate alle stazioni idrometriche, per identificare con metodi statistici la curva di crescita adimensionale delle portate massime annue, che poi è particolarizzata per le sezioni d’interesse attraverso la determinazione della portata locale.
Il ridotto numero di stazioni idrometriche presente sul bacino del Magra e la scarsa numerosità campionaria delle serie storiche non permettono però di giungere ad una stima affidabile.
Una variante quindi del metodo appena descritto prevede che la stima della portata indice sia condotta a partire dalle osservazioni pluviometriche regionalizzate, per mezzo di un modello afflussi-deflussi.
Nel presente studio, per giungere alla regionalizzazione delle portate di piena con assegnato tempo di ritorno, si è utilizzato il metodo della simulazione, condotta con un modello afflussi deflussi di tipo semi distribuito, tarato e validato sulla base d’eventi storici di piena per i quali si avevano a disposizione dati di precipitazione e misure idrometriche
La portata è ottenuta quindi a partire dalla conoscenza delle precipitazioni intense regionalizzate, delle caratteristiche morfometriche dei bacini imbriferi e delle proprietà
d’assorbimento dei suoli.
Questo ha consentito di descrivere i processi di trasferimento piogge - portate introducendo diverse ipotesi; i risultati, disponibili per i diversi tempi di ritorno d’interesse sono poi interpretati con una semplice legge che permette la stima della portata sulla base della conoscenza dell’area drenata. La procedura adottata consente infatti la stima dell’idrogramma di risposta del bacino.
Sono state quindi analizzate le serie storiche delle precipitazioni, prelevando i valori delle massime altezze di pioggia annuali a finestra temporale mobile di 1, 3, 6, 12 e 24 ore, registrate dai pluviometri e riportati sugli Annali Idrologici editi dal Servizio Idrografico e Mareografico della Presidenza del Consiglio dei Ministri (S.I.) Tabella III – Parte Prima. Lo studio statistico delle precipitazioni ha portato alla costruzione delle curve di possibilità pluviometrica dalle quali sono stati ricavati gli ietogrammi sintetici di progetto, per i periodi di ritorno di 30, 100, 200 e 500 anni.
Gli ietogrammi in tal modo definiti, sono stati utilizzati come input per un modello di trasformazione afflussi – deflussi, sviluppato dal Centro di Ricerca in Monitoraggio Ambientale (CIMA): tale modello è stato calibrato e reso operativo sul bacino del fiume Magra. Si tratta di un modello semidistribuito (distribuito - concentrato) che assume informazioni “territoriali” a partire dai modelli digitali d’elevazione del territorio (DEM – Digital Elevation Model) e individua il reticolo idrografico efficace del bacino d’interesse. Utilizza inoltre, sintetizzate nel parametro denominato curve number, altre informazioni territoriali quali la litologia, l'uso del suolo, la copertura vegetale, che influenzano il processo di formazione delle piene.
Tale modello è in grado di fornire l’idrogramma di piena, in una qualunque sezione del reticolo, scelta a priori dall’operatore a seconda dei diversi ambiti di interesse. L’applicazione del modello ha permesso la valutazione delle portate al colmo di piena in numerose sezioni del corso d’acqua e dei suoi affluenti, poi utilizzate per definire relazioni analitiche Area - Portata al colmo di piena per i tratti a monte della confluenza tra il Vara ed il Magra.
I dati ottenuti sono i seguenti:
30 anni Q=26 A× 0.7 100 anni Q=36 A× 0.7
200 anni Q=43 A× 0.7 500 anni Q=54 A× 0.7
dove A è l’area espressa in km e Q la portata al colmo in 2 m3/sec.
2.3 Dati di progetto: idrogramma di piena.
Le relazioni determinate nel paragrafo precedente, valide per il Magra Alto e per i suoi affluenti, forniscono i dati necessari alla successiva modellazione idraulica. La conoscenza dell’idrogramma di piena nella sezione a monte M121 costituisce il dato di contorno necessario al modellatore per avviare le simulazioni. E’ inoltre necessario riportare i dati della sezione interna M112, perchè ad essa corrisponde la confluenza dell’affluente Mangiola. Su tali basi, la massima portata che si verifica nella sezione M121, avente area A = 300 km , 2 tempo di ritorno con durata di pioggia 24 ore, è pari a 2275.86 , mentre la massima portata alla sezione M112 avente area A = 25
200 =
r
T m3/sec
2
km con tempo di ritorno Tr =200 e
durata di pioggia 24 ore è pari a 373.6m3/sec.
Nella figura 2.3.1 si riporta l’idrogramma di piena fornito dall’Autorità di Bacino per l’affluente Mangiola; il corso si immette nell’alveo principale all’altezza della sezione M112. La tabella 2.3.2 riporta inoltre i dati numerici relativi al suddetto idrogramma.
Idrogramma di piena del Torrente Mangiola
0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 10 20 30 40 50 t(ore) Q(portate) Onda di piena
t (ore)
Torrente Mangiola
Q
200(mc/sec)
0 0 0.5 0 1 0 1.5 0.01 2 0.13 2.5 0.72 3 2.17 3.5 4.26 4 7.72 4.5 12.87 5 18.52 5.5 24.83 6 32.16 6.5 39.43 7 46.95 7.5 54.74 8 63.07 8.5 72.65 9 84.22 9.5 100.32 10 141.18 10.5 221.59 11 312.24 11.5 359.88 12 370.34 12.5 324.59 13 265.10 13.5 213.63 14 175.67 14.5 147.80 15 127.29 15.5 111.95 16 100.24 16.5 91.10 17 83.81 17.5 77.87 18 72.95 18.5 68.79 19 65.22 19.5 62.1220 59.39 20.5 56.96 21 54.79 21.5 52.82 22 51.03 22.5 49.39 23 47.88 23.5 46.48 24 45.19 24.5 43.49 25 39.91 25.5 33.40 26 25.55 26.5 17.45 27 10.98 27.5 6.71 28 4.11 28.5 2.54 29 1.59 29.5 1.00 30 0.64 30.5 0.41 31 0.26 31.5 0.17 32 0.11 32.5 0.07 33 0.05 33.5 0.03 34 0.01 34.5 0.00 35 0.01 35.5 0.005 36 0.00
Di seguito si riporta l’idrogramma di piena per il fiume Magra all’altezza della sezione M121 (figura 2.3.3).
La tabella 2.3.4 riporta inoltre i dati numerici relativi al suddetto idrogramma.
Idrogramma di piena per il Fiume Magra
0 500 1000 1500 2000 2500 0 10 20 30 40 50 t(ore) Q(mc/sec) Onda di piena
Figura 2.3.3: idrogramma di progetto del Fiume Magra.
t (ore)
Fiume Magra
Q
200(mc/sec)
0 0 0.5 0 1 0 1.5 0 2 0 2.5 0 3 0 3.5 0 4 0.11 4.5 0.81 5 2.80 5.5 5.71 6 11.22 6.5 18.81 7 29.377.5 47.08 8 72.33 8.5 110.92 9 167.01 9.5 238.46 10 337.65 10.5 536.59 11 911.80 11.5 1395.16 12 1952.06 12.5 2275.86 13 2272.67 13.5 2120.16 14 1881.60 14.5 1635.26 15 1429.91 15.5 1263.79 16 1126.18 16.5 1016.52 17 927.42 17.5 851.91 18 791.00 18.5 739.66 19 694.71 19.5 657.05 20 623.92 20.5 594.33 21 568.71 21.5 545.49 22 524.47 22.5 505.82 23 488.72 23.5 473.09 24 458.83 24.5 445.21 25 428.63 25.5 398.90 26 348.85 26.5 281.05 27 208.57 27.5 144.99 28 97.62 28.5 64.65 29 42.77 29.5 28.77
30 19.38 30.5 13.10 31 8.98 31.5 6.15 32 4.23 32.5 2.94 33 2.04 33.5 1.43 34 1.00 34.5 0.70 35 0.50 35.5 0.35 36 0.25 36.5 0.18 37 0.13 37.5 0.09 38 0.07 38.5 0.05 39 0.03 39.5 0.02 40 0.02 40.5 0.01 41 0.01 41.5 0.01 42 0.01 42.5 0 43 0
