Capitolo 4 Il regime di magra e il deflusso minimo vitale nel bacino del fiume Fine

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Capitolo 4

Il regime di magra e il deflusso minimo vitale nel bacino del

fiume Fine

4.1. Caratterizzazione del bacino del fiume Fine

Il fiume Fine è un breve corso d’acqua con foce presso Rosignano Solvay; il suo bacino, contiguo in parte a quello del F. Cecina, occupa la depressione compresa tra i Monti Livornesi e la dorsale di M. Vaso, a confine fra le Province di Pisa e Livorno ed ha una estensione di 168 kmq. La sua altitudine media è piuttosto bassa e pari a 153 m s.l.m.m. con le maggiori altezze concentrate nella zona orientale e sud-orientale, al confine con il bacino del fiume Cecina, che raggiungono i 670 m. Il confine settentrionale è caratterizzato da rilievi di minore altitudine con vette massine intorno ai 350 m s.l.m.m.

Per quanto riguarda l’uso del suolo, il territorio è caratterizzato prevalentemente da da zone coltivate per la maggior parte a cereali, ma anche olivo e vite, e da zone boschive.

Inoltre nel bacino del fiume mancano strutture idrogeologiche atte a costituire grosse riserve di acque sotterranee. Le rocce permeabili ed acquifere sono infatti presenti in maniera molto limitata.

I più importanti affluenti di secondo ordine del fiume Fine, sono i torrenti Pesera e Lespa, affluenti di sinistra, ed il torrente Savalano, affluente di destra. I maggiori affluenti di terzo ordine sono il torrente Marmolaio, affluente del Pescera e il torrente Sanguigna, affluente del Savalano.

Immediatamente a monte della confluenza del torrente Lespa si trova la diga di S. Luce che forma l’omonimo lago. Tale diga, alta 23 m, con altezza del coronamento di 54 m s.l.m.m., in materiali sciolti, è stata costruita nel 1960 dalla società Solvay. L’invaso ha un volume di 7,12·106 mc, è utilizzato a scopo industriale.

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Figura 4.1.1. – afflusso specifico mensile mediato sugli anni 1970-2002

4.2. Inquadramento climatico-pluviometrico

Per definire il regime pluviometrico dell’area in studio sono state individuate le stazioni pluviometriche presenti all’interno del territorio del bacino del fiume Fine e sono stati raccolti ed elaborati i dati di pioggia disponibili presso lo sportello automatico di Idropisa per gli anni dal 1970 al 2002.

Si riporta di seguito l’elenco delle stazioni pluviometriche prese in esame con la loro ubicazione:

Casacce [1990] - Santa Luce (PI)

UTM [m] E 622100N 4811390 GB [m] E 1622046 N 4811206

Quota [m] 50

Bacino Foci Arno e Serchio e Scolmatore

Castellina_Marittima [2015] - Castellina Marittima (PI)

UTM [m] E 627550N 4807760 GB [m] E 1627496 N 4807576 Quota [m] 339

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Marmolaio [2020] - Castellina Marittima (PI)

Nibbiaia [1980] - Rosignano Marittimo (LI)

Rosignano_Mar_(Poggetti) [2012] - Rosignano Marittimo (LI) UTM [m] E 620060N 4807020 GB [m] E 1620006 N 4806836 Quota [m] 162

S-Luce [2000] - Santa Luce (PI)

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Per tutte le stazioni è disponibile la serie quasi completa, tranne per la stazione di Rosignano Marittimo per la quale sono disponibili soltanto i dati relativi agli anni 1990-1996. Per tale stazione i valori delle medie mensili di settembre-ottobre si scostano sensibilmente dai valori medi delle altre stazioni. Ciò è dovuto al fatto che negli anni 1991-1992-1993 si sono registrate, in tutte le stazioni analizzate, delle piogge eccezionali nei suddetti mesi ed è quindi lecito supporre che tale stazione non costituisca un’anomalia.

La stazione di Rosignano Marittimo tuttavia non verrà considerata ai fini di questa analisi, come la stazione Marmolaio per la quale si hanno osservazioni solo fino al 1976.

Si riportano di seguito i grafici dell’andamento delle piogge totali annue, delle medie dei totali annui rispetto all’altitudine, delle piogge medie annue e delle piogge medie mensili per ogni stazione di misura relativamente al periodo di indagine (1970-2002):

Andamento dei totali annui

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 m m / a n n o

casacce castellina marittima

marmolaio nibbiaia

rosignano marittimo santa luce terriccio

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Medie dei totali annui 0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 150 200 250 300 350 400 m m /a n n o

Figura 4.2.3. – Andamento delle medie delle piogge totali annue con l’altimetria

Si osserva, sebbene in misura limitata, una leggera differenza nell’andamento dei totali annui per le stazioni situate a quota inferiore a 200 m, che presentano valori compresi tra 800 e 900 mm/anno, e quelle a quota superiore a 200m, che presentano valori compresi tra 800 e 1000 mm/anno. Si analizzano quindi separatamente le piogge medie mensili per questi due gruppi:

Piogge medie mensili

0 50 100 150 200 250

gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic

m m /m e s e

casacce rosignano terriccio

Figura 4.2.4. – Andamento delle piogge medie mensili per le stazioni situate a quota inferiore a 200m

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Piogge medie mensili 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

m m /m e s e

castellina santa luce nibbiaia

Figura 4.2.5. – Andamento delle piogge medie mensili per le stazioni situate a quota superiore a 200m

Piogge medie mensili

0 20 40 60 80 100 120 140

m m /m e s e < 200 m > 200 m

Figura 4.2.6. – Andamento delle piogge medie mensili per le stazioni situate a quota superiore e inferiore a 200m

Si osserva che, sebbene ci sia una lieve differenza nelle due tendenze, il regime pluviometrico è omogeneo su tutto il bacino, caratterizzato dai valori minimi nel mese di luglio, pari a 30 mm/mese, e dai valori massimi nel mese di novembre, pari

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a 120-130 mm/mese, con un minimo relativo in febbraio e un massimo relativo in aprile. Questa uniformità di comportamento era prevedibile data la modesta estensione del bacino e considerate le caratteristiche orografiche piuttosto omogenee. Quasi tutta la superficie del bacino si trova ad una quota compresa tra 50 e 350m, con pochissime vette situate nella parte sud-orientale che superano di poco i 650m.

Nelle elaborazioni successive quindi si estenderanno quindi all’intero bacino i valori medi di pioggia rilevati alle stazioni pluviometriche senza effettuare distinzioni tra aree a diversa altitudine.

Dai dati di pioggia medi mensili è possibile ricavare l’afflusso medio mensile in l/s kmq

Afflusso specifico medio mensile

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0

l/ s k m q afflusso

Figura 4.2.7. – Afflusso specifico mensile mediato sugli anni 1976-2002

4.3. I sopralluoghi

Sono stati effettuati 5 sopralluoghi in data 26 aprile, 3, 9, 10, 25 maggio 2007 durante i quali sono state rilevate le sezioni indicate in figura 4.3.1. e in tabella 4.3.1., sono state effettuate misure di velocità e altezza idrica e sono stati fatti prelievi di alcuni campioni di materiale da fondo alveo e dalle sponde.

Fiume Distanze dalla foce o confluenza Parziali

FINE (m) (m) Sezione 2 2957.59 1566.59 Sezione 4 5410.65 522.78 Sezione 5c 7014.2 180.56 Sezione 6 8401.03 1386.83 Sezione 7 10689.94 2288.91

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Sezione 8 12615.46 150.48 Sezione 9 14424.46 1809 Sezione 11 15433.91 1009.45 Sezione 14 15812.34 378.43 MARMOLAIO M1 0 0 M5 2264.58 242 M6 3285.58 1021 M8 4106.58 483 PESCERA P1 575 575 P2 1064 489 SANGUIGNA SANG 1 252 252 SANG 2 1525 1273 SAVALANO SAV 1 1110 1110 CONFLUENZA SANGUIGNA 1454 344 LESPA LESPA 2 1380 1380 LESPA 3 2258 878

Tabella 4.3.1. – Sezioni rilevate e distanze delle sezioni dalla foce o dalla confluenza nel corso d’acqua di ordine superiore

Le sezioni sono indicate nella tavola B allegata.

Durante i sopralluoghi del 26 aprile e 3 maggio non sono state effettuate misure di velocità e altezza idrica, ma solo un quadro conoscitivo dell’area in studio ed alcuni prelievi granulometrici. Le misure di velocità e altezza idrica sono state effettuate nei rilievi del 9,10 e 25 maggio. La situazione del 9 e 10 maggio era successiva ad un evento pluviometrico piuttosto importante, in quanto nei giorni 2, 3, 4, 5 e 6 maggio 2007 è stata registrata una pioggia di circa 90 mm in 5 giorni.

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Il rilievo del 25 maggio invece è relativo ad una situazione di assenza di pioggia da 20 giorni.

Il riepilogo dei risultati dei rilievi è riportato in tabella:

Fiume PORTATE FINE (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) (m3/s) DATA 26/04/200703/05/200709/05/200710/05/200725/05/2007 Sezione 2 0.535 0.750 0.320 Sezione 4 0.250 Sezione 5c 0.617 0.220 Sezione 6 0.396 Sezione 7 0.287 Sezione 8 0.100 Sezione 9 0.021 0.125 0.031 Sezione 11 0.024 Sezione 14 0.016 MARMOLAIO M1 0.1555 0.075 M6 0.138 0.057 M8 0.109 PESCERA P1 0.05 P2 0.010 SANGUIGNA SANG 1 0.02 SANG 2 0.02 SAVALANO SAV 1 0.025 CONFLUENZA SANGUIGNA 0.03 LESPA LESPA 2 0.018 LESPA 3 0.0615

Tabella 4.3.2. – Risultati dei rilievi

4.4. Calcolo del deflusso minimo vitale

Nel presente studio si è seguito un duplice approccio per la determinazione del deflusso minimo vitale, uno di tipo teorico-statistico basato sulla portata media mensile, e uno di tipo sperimentale basato sull’utilizzo del programma PHABSIM. I metodi teorici-statistici sono basati, come già detto, sull’individuazione di particolari valori di frequenza o di durata dei deflussi come la Q7,10, la Q347, o la Q355.

Nel caso in studio è stata scelta come variabile statistica la portata media mensile al fine di determinare il tempo di ritorno delle portate di magra e confrontarle con il limite al di sotto del quale si presuppone che non sia garantita la vitalità del corso

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d’acqua. Tale scelta è stata obbligata dal fatto che per il bacino del fiume Fine non sono disponibili dati relativi all’idrometria, (è presente una sola stazione idrometrica a Castellina Marittima per la quale non si hanno dati) per cui non sono noti i dati storici relativi alle portate orarie e giornaliere, il che rende impossibile l’applicazione di metodi statistici basati sulla Q347, o sulla Q355 o sulla Q7,10, mentre è presente una

rete di monitoraggio pluviometrico, per cui sono disponibili i dati relativi agli afflussi, il che ha reso possibile ricavare i deflussi medi mensili.

La scelta del secondo metodo, invece, è stato determinata dall’opportunità di avere a disposizione i rilievi delle sezioni e delle portate, ricavati durante i sopralluoghi effettuati, e i dati relativi alle specie ittiche presenti sul bacino, per cui è stato possibile applicare il programma PHABSIM.

4.4.1. Approccio teorico basato sulle portate medie mensili

Le portate medie mensili sono state indicate come portate specifiche e ricavate a partire dall’afflusso specifico medio mensile attraverso un coefficiente di deflusso medio mensile.

L’afflusso specifico medio mensile è stato ricavato a partire dai dati pluviometrici disponibili alle stazioni di cui si è già detto al paragrafo “inquadramento climatico-idrologico”. I risultati delle elaborazioni sono riassunti in figura 3.

Afflusso specifico medio mensile

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0

l/ s k m q

afflusso

Figura 4.4.1. – afflusso specifico mensile mediato sugli anni 1970-2002

I coefficienti di deflusso mensili, dal momento che non si hanno dati relativi all’idrometria, sono stati determinati estendendo i valori degli stessi coefficienti relativi alla stazione di Ponte a Monterufoli sul fiume Cecina all’area in studio e

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adattandoli al caso in esame sulla base di considerazioni circa l’altimetria e la permeabilità dei due bacini e sulla base dei rilievi effettuati nel mese di maggio. Per la stazione di Ponte a Monterufoli, sul fiume Cecina, è stato calcolato il coefficiente di deflusso medio mensile a partire dai dati relativi agli afflussi e deflussi alla suddetta sezione per gli anni dal 1979-1995, come indicato nella seguente tabella:

gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic 1979 0.42 0.49 0.37 0.44 0.05 0.08 0.02 0.07 0.29 0.31 1980 0.60 0.61 0.40 0.55 0.14 0.31 0.16 0.02 0.10 0.08 0.26 0.47 1981 0.51 0.48 0.21 0.23 0.13 0.06 0.02 0.01 0.06 0.33 0.11 1983 0.38 0.45 0.48 0.71 0.45 0.09 0.06 0.03 0.06 0.02 0.07 0.23 1984 0.24 0.32 0.38 0.34 0.29 0.60 0.06 0.23 0.38 0.71 0.50 1985 0.54 0.86 0.70 * 0.16 0.08 0.76 * 0.25 0.04 0.13 1986 0.26 0.43 0.52 0.41 * 0.08 0.06 0.02 0.01 0.02 0.04 1987 0.19 0.31 0.28 0.2 0.04 0.02 * 0.15 0.32 0.51 1989 0.3 0.09 0.14 0.09 0.11 0.04 0.03 0.03 0.04 0.04 0.14 0.22 1990 0.06 0.11 0.04 0.16 0.11 0.03 * 0.1 0.24 0.51 1991 0.76 0.54 0.3 0.33 0.55 0.16 0.15 0.02 0.03 0.3 0.61 1.09 1993 * * 0.11 0.17 0.16 0.02 0.02 0.01 0.02 0.31 0.56 0.35 1994 0.54 0.49 0.21 0.15 0.02 0.02 0.32 0.03 0.15 0.08 1995 0.05 0.18 0.3 0.14 0.08 0.03 0.02 0.01 0.02 0.01 0.01 0.18 Medie 0.37 0.41 0.33 0.31 0.20 0.11 0.13 0.05 0.08 0.12 0.29 0.34

Tabella 4.4.1.1 – coefficiente di deflusso medio mensile valutato presso la stazione idrometrica di Ponte a Monterufoli sul fiume Cecina

Nelle caselle che sono state lasciate vuote non era presente il dato sugli annali, mentre nelle caselle dove è presente un * il dato presentava dei valori che sono stati ritenuti poco affidabili (si presentavano valori di gran lunga superiori all’unità) e quindi non considerati nel calcolo delle medie.

Per valutare l’adattamento di questi coefficienti al caso in studio, è stato effettuato un confronto tra i valori delle portate medie del mese di maggio, alle sezioni sotto indicate, calcolate con il relativo coefficiente di deflusso,e i valori medi di quelle misurate nei rilievi effettuati in data 26 aprile, 3-9-25 maggio 2007.

corso d'acquasezione 26-apr 03-mag09-mag 10-mag25-magQmedia_maggio (l/s)

Fine 2 535 750 320 535

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9 21 125 31 59

Marmolaio M1 155 75 115

M5 133 60 96

Tabella 4.4.1.2 –portate misurate in sede di rilievo e mediate in l/s

corso d'acqua Sez superficie kmq Qmed_maggio l/s Qspec_maggio l/s kmq Qspec_calc Qmed_calc Fine 2 124 535 4.3 4.2 520.8 5c 105 434 4.1 4.2 441 9 10.1 59 5.8 4.2 42.42 Marmolaio M1 30 115 3.8 4.2 126 M6 15.3 96.5 6.4 4.2 64.26

Tabella 4.4.1.3 – superfici sottese dalle sezioni rilevate, portate misurate e calcolate e deflussi specifici misurati e calcolati

Tali valori sono stati riportati nei seguenti grafici che rappresentano, il primo (figura 4), l’andamento delle portate misurate mediate e di quelle calcolate in funzione della superficie di bacino imbrifero, il secondo (figura 5), il confronto tra le portate misurate e quelle calcolate.

Andamento della portata con la superficie scolante

0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 20 40 60 80 100 120 140 160 kmq l/ s

portate misurate portate calcolate

Figura 4.4.1.2. – andamento della portata in funzione dell’area scolante alle sezioni dei rilievi misurate e calcolate

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Portate misurate_ Portate calcolate

0 100 200 300 400 500 600 700 0 100 200 300 400 500 600 700

Qcalc (l/s)

Q

m

is

(

l/

s)

Fine_2 Fine_5c Fine_9 M armolaio_M 1 M armolaio_M 6

Figura 4.4.1.3. – portate misurate-portate calcolate

Si osserva che, eccetto che per i bacini più piccoli, sottesi dalle sezioni M6 e 9, per i quali si ha una portata misurata maggiore di quella calcolata ( e comunque entro un errore del 25%), per le altre sezioni le portate calcolate si adattano molto bene a quelle sperimentali.

Si è ritenuto quindi di poter estendere i coefficienti di deflusso medi mensili rilevati alla stazione di Ponte a Monterufoli sul Cecina al bacino di interesse, sebbene i due bacini presentino caratteristiche leggermente diverse per quanto riguarda l’altimetria; infatti il bacino sotteso dalla stazione di Ponte a Monterufoli sul fiume Cecina, ha una altitudine media di 309m e massima di 1051m, mentre il bacino del fiume Fine ha un’altitudine media di 153m e massima di 674m. Per quanto riguarda la permeabilità e l’uso del suolo presentano invece caratteristiche simili.

H media del bacino del fiume Fime H (m) Superficie (kmq) 0-100 82.3 100-200 43.3 200-300 18 300-400 11.2 400-500 7.5 500-600 4.7 600-700 1

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Hmedia = S HiSi/Stot =153m Bacino Fine Sezione di chiusura Bacino Cecina Ponte a Monterufoli H media 153 m 674 m H max 309 m 1051 m

Permeabilità bassa bassa

Tabella 4.4.1.5. – altitudine, permeabilità e uso del suolo nei bacini del fiume Fine e del fiume Cecina alla sezione di Ponte a Monterufoli

Dall’andamento degli afflussi specifici, figura 6, è possibile osservare che si ha un periodo di magra, per il quale l’afflusso è inferiore a 20 l/s kmq, nei mesi da Maggio a Agosto, un periodo da Settembre a Dicembre in cui si hanno i massimi valori di afflusso, ed un periodo da Gennaio ad Aprile nel quale si registrano un minimo relativo in Febbraio ed un massimo relativo in Aprile.

È stata posta particolare attenzione quindi nei riguardi delle portate medie dei mesi da Maggio ad Agosto al fine di studiare il regime delle magre.

Afflusso specifico medio mensile

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0

l/ s k m q afflusso

Figura 4.4.1.4 – afflusso specifico medio mensile mediato per gli anni dal 1970-2002

Il regime di magra è stato studiato attraverso una elaborazione statistica della portata media mensile dei mesi da Maggio ad Agosto per ogni anno di osservazione. Il campione è stato costruito a partire dai valori dell’afflusso medio mensile per ogni anno del periodo 1970-2002, moltiplicati per il coefficiente di deflusso medio mensile ricavato come detto in precedenza e indicato in tabella 3.

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gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic coeff.defl.mensile 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.2 0.3 0.3

Tabella 4.4.1.6 – valori dei coefficienti di deflusso medi mensili utilizzati in questo studio

Di seguito si riportano i valori degli afflussi specifici per i mesi da Maggio e Agosto per gli anni dal 1970 al 2002, e dei deflussi specifici calcolati, i quali costituiscono la variabile dell’indagine statistica.

ANNO MAGGIO GIUGNO LUGLIO AGOSTO

afflusso deflusso afflusso deflusso afflusso deflusso afflusso deflusso 1970 7.70 1.54 34.16 3.42 8.33 0.83 12.35 1.24 1971 40.88 8.18 53.31 5.33 3.17 0.32 4.74 0.47 1972 15.67 3.13 12.19 1.22 7.80 0.78 12.78 1.28 1973 7.58 1.52 30.04 3.00 7.62 0.76 18.10 1.81 1974 22.31 4.46 7.87 0.79 9.19 0.92 12.60 1.26 1975 24.45 4.89 23.73 2.37 3.43 0.34 13.68 1.37 1976 7.93 1.59 3.95 0.40 65.18 6.52 47.58 4.76 1977 36.40 7.28 6.62 0.66 9.43 0.94 29.22 2.92 1978 30.47 6.09 18.72 1.87 26.70 2.67 4.65 0.46 1979 0.47 0.09 6.64 0.66 11.24 1.12 15.76 1.58 1980 34.98 7.00 7.82 0.78 7.12 0.71 16.51 1.65 1981 27.05 5.41 15.19 1.52 31.79 3.18 2.90 0.29 1982 16.94 3.39 5.04 0.50 7.80 0.78 30.89 3.09 1983 6.47 1.29 15.05 1.50 0.89 0.09 46.03 4.60 1984 60.60 12.12 14.41 1.44 1.67 0.17 51.51 5.15 1985 25.36 5.07 6.79 0.68 0.00 0.00 20.07 2.01 1986 1.20 0.24 28.23 2.82 14.13 1.41 5.05 0.50 1987 15.81 3.16 12.42 1.24 9.73 0.97 6.36 0.64 1988 40.66 8.13 34.06 3.41 1.08 0.11 5.95 0.60 1989 4.61 0.92 7.35 0.73 34.54 3.45 29.54 2.95 1990 2.90 0.58 9.85 0.98 11.98 1.20 13.11 1.31 1991 42.43 8.49 21.45 2.15 2.15 0.22 15.34 1.53 1992 11.77 2.35 39.75 3.98 23.72 2.37 15.52 1.55 1993 10.81 2.16 4.30 0.43 1.74 0.17 16.17 1.62 1994 20.95 4.19 29.17 2.92 4.78 0.48 2.17 0.22

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1995 33.62 6.72 24.52 2.45 1.61 0.16 37.26 3.73 1996 43.68 8.74 10.60 1.06 4.58 0.46 22.15 2.21 1997 10.90 2.18 21.31 2.13 3.49 0.35 16.17 1.62 1998 27.73 5.55 20.08 2.01 7.48 0.75 2.93 0.29 1999 6.23 1.25 14.48 1.45 1.66 0.17 10.70 1.07 2000 2.87 0.57 25.19 2.52 15.98 1.60 3.58 0.36 2001 24.34 4.87 0.89 0.09 10.42 1.04 0.00 0.00

Tabella 4.4.1.7. – afflussi e deflussi specifici calcolati

La funzione di probabilità che meglio approssima l’andamento del nostro campione è la funzione di Gumbell di III tipo

per la quale:

dove si indica con:

x = variabile idrologica, portata media mensile;

x0 = parametro dipendente dai parametri statistici del campione;

u = parametro dipendente da x0.

I parametri della funzione di Gumbell di III tipo ricavati per questo studio valgono:

s m n x0 u 1/l

Maggio 3.04551 4.16105 32 -0.36633 4.65479 1.51515 Giugno 1.21053 1.76610 32 -0.12962 1.98522 1.60359 Luglio 1.32508 1.09509 32 -0.01834 1.00054 0.84402 Agosto 1.36965 1.69176 32 -0.14149 1.85849 1.35295

Tabella 4.4.1.8 – parametri della funzione di Gumbell III calcolati a partire dal campione

È stato quindi ricavato l’andamento della variabile, portata media mensile, in funzione della probabilità di superamento e del tempo di ritorno:

(17)

Distribuzione di Gumbell III_Maggio

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 probabilità d ef lu ss o s p ec if ic o m ed io m en si le ( l/ s k m q )

Serie storiche Serie calcolate con Gumbel III

(a)

Distribuzione di Gumbell III_Maggio

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00

0.00 5.00 10.00 _{tempo di ritorno (anni)}15.00 20.00 25.00 30.00 35.00

d ef lu ss o s p ec if ic o m ed io m en si le ( l/ s k m q )

Serie storiche Serie calcolate con Gumbel III

(b)

Figura 4.4.1.5.– Andamento della portata media del mese di Maggio in funzione della probabilità (a) e del tempo di ritorno (b)

(18)

Distribuzione di Gumbell III_Giugno 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 probabilità d ef lu sso sp ec if ic o m ed io m en si le ( l/ s k m q )

Serie storiche

Serie calcolate con Gumbel III

(a)

Distribuzione di Gumbell III_Giugno

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00

tempo di ritorno (anni)

d ef lu sso sp ec if ic o m ed io m en si le ( l/ s k m q )

Serie storiche

Serie calcolate con Gumbel III

(b)

Figura 4.4.1.6. – Andamento della portata media del mese di Giugno in funzione della probabilità (a) e del tempo di ritorno (b)

(19)

Distribuzione di Gumbell III_Luglio

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 probabilità d ef lu sso sp ec if ic o m ed io m en si le ( l/ s k m q )

Serie storiche

Serie calcolate con Gumbel III

(a)

Distribuzione di Gumbell III_Luglio

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00

d ef lu sso sp ec if ic o m ed io m en si le ( l/ s k m q )

Serie storiche

Serie calcolate con Gumbel III

(b)

Figura 4.4.1.7. – Andamento della portata media del mese di Luglio in funzione della probabilità (a) e del tempo di ritorno (b)

(20)

Distribuzione di Gumbell III_Agosto

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 probabilità d ef lu sso sp ec if ic o m ed io m en si le ( l/ s k m q )

Serie storiche

Serie calcolate con Gumbel III

(a)

Distribuzione di Gumbell III_Agosto

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

Serie storiche

Serie calcolate con Gumbel III

(b)

Figura 4.4.1.8. – Andamento della portata media del mese di Agosto in funzione della probabilità (a) e del tempo di ritorno (b)

(21)

In occasione dei sopralluoghi effettuati sul Fine e sui suoi affluenti nelle date 3, 9, 10 e 25 maggio 2007, si è potuto osservare la presenza e la vitalità dell’ittiofauna alle sezioni esaminate. Dalle misure effettuate in data 9-10 maggio 2007, 5 giorni successivi ad una pioggia di circa 90mm, e quindi non relative ad una situazione di magra, è stato possibile misurare una portata specifica di circa 6 l/s kmq, ed una presenza consistente di fauna ittica con un buon grado di vitalità; le misure effettuate in data 25 maggio, dopo più di 20 giorni di assenza di pioggia, hanno rilevato un deflusso specifico di circa 2,5 l/s kmq, appena superiore alla portata media estiva e si è osservato che la presenza i pesci era maggiormente concentrata nelle zone di pool dove nonostante la poca portata permaneva una altezza liquida accettabile.

Si può dunque supporre che la sopravvivenza delle specie ittiche sia garantita per portate appena inferiori a quelle rilevate il 25 maggio e pari a 2 l/s kmq, come altresì indicato da alcune normative ― come ad esempio dalla Provincia di Torino (1 - 4 l/s kmq in relazione alle caratteristiche idroclimatiche del corso d’acqua) e dalla Provincia Autonoma di Trento (1,5 - 5,5 l/s kmq in relazione all’altitudine media, alla piovosità media, alla morfologia dell’alveo, per la superficie complessiva del bacino afferente) ―.

Distribuzioni di Gumbell III per il periodo di magra

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

maggio

giugno

luglio

agosto

Figura 4.4.1.9. – Andamento delle portate di magra specifiche con il tempo di ritorno a confronto con la portata specifica limite di 2 l/s kmq

Si può quindi osservare che si hanno valori di deflusso specifico inferiori a 2 l/s kmq, considerato nel caso in esame il limite al di sotto del quale vengono meno le

(22)

caratteristiche di portata e di qualità che garantiscono la vitalità del sistema in esame, con i seguenti tempi di ritorno:

Maggio Giugno Luglio Agosto Tr (anni) 4.0 1.5 1.2 1.5

Tabella 4.4.1.9 – tempi di ritorno della portata specifica di 2 l/s kmq

Si osserva quindi che il fiume soffre tutti gli anni per almeno un mese all’anno, ogni quattro anni per quattro mesi all’anno.

Si osserva inoltre che ai fini della determinazione del deflusso minimo vitale non ha senso considerare una portata di magra avente un prefissato tempo di ritorno, in analogia ad esempio al metodo della Q7,10, in quanto si può osservare che già per il

tempo di ritorno di un anno la portata non è sufficiente a garantire un buon livello di vitalità nel mese di luglio e per tempi di ritorno appena superiori ciò accede per l’intera stagione estiva.

Volendo quindi definire deflusso minimo vitale ai fini della determinazione delle portate disponibili per i vari usi (irriguo, potabile ecc…) si può fare una distinzione considerando due periodi:

― Maggio - Agosto, in cui non sono disponibili portate derivabili per i vari usi;

― Settembre – Aprile, in cui il DMV può essere definito come una percentuale della portata media mensile variabile a seconda del mese in modo da garantire una modulazione che simuli la naturale variabilità di portata.

Si ricorda che in questa elaborazione non si è potuto tener conto dei rilasci della diga di S. Luce poiché i dati a disposizione riguardano solo i volumi totali di rilascio e non le modalità di rilascio.

ANN0 GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC

2003 52.1 0 0 0 0 2 94 109 20 0 0 0

2004 0 63 91 0 0 0 41 118 109 33 6 58

2005 0 19 0 0 0 0 56 83 41 7 0 174

(23)

4.4.2. Approccio

sperimentale

basato

sull’utilizzo

del

programma PHABSIM

Ai fini di questo studio sono stati individuati due tratti di corso d’acqua rappresentativi, uno compreso tra le sezioni M1_a e M1_d sul Marmolaio vicino alla confluenza con il Fine, l’altro compreso tra le sezioni 9_a e 9_b, a valle della confluenza del torrente Lespa, appena a valle della diga di S. Luce.

Figura 4.4.2.1. – individuazione del tratto sul torrente Marmolaio utilizzato per la simulazione con PHABSIM

Figura 4.4.2.2. – individuazione del tratto sul fiume Fine utilizzato per la simulazione con PHABSIM

Le specie ittiche oggetto di studio sono il barbo e il cavedano. Le curve di idoneità considerate sono quelle utilizzate anche in altri studi e presenti in letteratura specifica non essendo disponibili dati sperimentali derivanti da indagini di campo.

(24)

Curve di idoneità della velocità

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Velocità (m/s) in d ic e

Barbo Adulto Barbo Giovane Barbo Riproduzione

(a)

Curve di idoneità della profondità

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Profondità (m) in d ic e

(25)

Curve di idoneità del substrato

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 2 4 6 8 10 Substrato in d ic e

(c)

Figura 4.4.2.3 – Curve di idoneità del barbo nelle varie fasi di vita nei confronti della velocità di corrente (a), della profondità dell’acqua (b) e del tipo di substrato

(c)

Curve di idoneità della velocità

Cavedano Adulto Cavedano Giovane Cavedano Riproduzione

(26)

Curve di idoneità della profondità

Cavedano Adulto Cavedano Giovane CavedanoRiproduzione

(b)

Curve di idoneità del substrato

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 2 4 6 8 10 Velocità (m/s) in d ic e

Cavedano Adulto Cavedano Giovane Cavedano Riproduzione

(c)

Figura 4.4.2.4 – Curve di idoneità del cavedano nelle varie fasi di vita nei confronti della velocità di corrente (a), profondità dell’acqua (b) e substrato (c)

(27)

Marmolaio: sezioni da M1_a a M1_d

Per quanto riguarda il Marmolaio i dati inseriti sono riportati di seguito:

Figura 4.4.2.5 – tabella Cross Section Data di inserimento dei dati di input

Nella precedente tabella sono stati inseriti per ogni sezione i dati relativi alla distanza dalle sezione a monte, alla rappresentatività della sezione del tratto a monte, lo Stage of Zero Flow (livello liquido per flusso nullo), il numero di Manning (ricavato dal programma nelle fasi successive di elaborazione) e la pendenza del pelo libero.

(28)

Sezione M1_a 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50

distanza argine sinistro (m)

q u o ta ( m s lm m

) fondo alveo livello_9maggio livello_25maggio

(a) Sezione M1_b 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50

q u o ta ( m s lm m

(b) Sezione M1_c 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00

q u o ta ( m s lm m

) _{fondo alveo} _{livello_9maggio} _{livello_25maggio}

(c) Sezione M1_d 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50

q u o ta ( m s lm m

(29)

Per ogni sezione sono stati inseriti i dati di portata e altezza del pelo libero di calibrazione del modello:

Figura 4.4.2.6 – tabelle Calibration Data di inserimento dei dati di calibrazione

Nel caso in studio sono state inserite per ogni sezione due coppie di valori portata pelo libero misurati in sede dei sopralluoghi effettuati.

Infine è stata compilata la tabella Coordinate Data con l’inserimento dei dati geometrici della sezione e l’individuazione delle celle. A titolo di esempio si riporta di seguito la tabella relativa alla sola sezioni M1_a, ovvero Section 0.

Figura 4.4.2.7 – tabella Coordinate Data di inserimento dei dati geometrici delle sezioni

(30)

Per completare i dati di input, sono state inserite le portate simulate, che serviranno per la simulazione idraulica e dell’habitat. La minima portata simulata è pari a 20 l/s, corrispondente ad una situazione di magra, la massima portata simulata è pari a 400 l/s corrispondente alla portata media del mese di Novembre.

Figura 4.4.2.8 – tabella Simulation Discharges di inserimento delle portate simulate

Per effettuare la simulazione del pelo libero, e quindi per determinare la profondità massima hi nelle singole celle, PHABSIM utilizza il WSL (Water Surface Level) ovvero il blocco dei programmi di simulazione idraulica, il quale a sua volta dà la possibilità di scegliere tra tre modelli:

● STGQ: tale modello considera le sezioni indipendenti l’una dall’altra e costruisce, in base alle informazioni di taratura, la scala di deflusso della sezione in esame secondo una formula del tipo:

H = a·Qb

Per l’utilizzo di questo modello sono necessarie almeno due misure.

● MANSQ: anche questo modello, che utilizza l’equazione di Manning, considera le sezioni indipendenti l’una dall’altra e presuppone di poter fare l’ipotesi di moto uniforme. Inoltre tale modello utilizza un coefficiente correttivo che minimizza l’errore tra il pelo libero misurato e quello colcolato.

● WPS (Water Surface Profile): tale modello utilizza il metodo Step-Backwater per determinare il tirante idrico in ogni sezione trasversale a partire da quella di valle, per cui le sezioni non sono più indipendenti. La base teorica di questo modello è costituita dall’equazione di continuità e il bilancio di energia.

Nel caso in studio si è utilizzato il modello STGQ in quanto per gli altri due modelli il programma non dava risultati attendibili per piccole portate.

(31)

Figura 4.4.2.9 – risultati della simulazione del pelo libero per le portate richieste

M1_a M1_b

M1_c M1_c

Figura 4.4.2.9 – risultati della simulazione del pelo libero per le portate richieste alle varie sezioni

0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 0.070 0.075 0.080 0.090 0.100 0.150 0.170 0.175 0.180 0.200 0.300 0.400 M1_a 0.057 0.071 0.082 0.093 0.102 0.111 0.115 0.119 0.127 0.134 0.166 0.177 0.180 0.183 0.193 0.239 0.279 M1_b 0.158 0.170 0.181 0.191 0.200 0.209 0.213 0.217 0.224 0.232 0.264 0.275 0.278 0.281 0.291 0.339 0.380 M1_c 0.320 0.332 0.343 0.353 0.362 0.371 0.375 0.379 0.386 0.394 0.426 0.437 0.440 0.443 0.453 0.501 0.542 M1_d 0.428 0.440 0.452 0.461 0.470 0.479 0.482 0.487 0.494 0.502 0.534 0.545 0.548 0.551 0.561 0.609 0.650

Tabella 4.4.2.1. – tabella del pelo libero simulato per le portate richieste alle varie sezioni

(32)

Per il calcolo della velocità nelle singole celle, PHABSIM utilizza il programma VELSIM.

Attraverso questo programma di simulazione, il PHABSIM, partendo dai livelli idrici simulati, genera, per ogni portata richiesta, un profilo di velocità, che servirà nel modello di simulazione dell’habitat. Il VELSIM utilizza l’equazione di Manning scritta in funzione della velocità e sostituendo il raggio idraulico con il tirante idrico:

vi = 1,49·s1/2·d2/3/ni

I risultati della simulazione del pelo libero sono riportati di seguito:

M1_a M1_b

M1_c M1_d

Figura 4.4.2.9 – risultati della simulazione di velocità per le portate richieste alle varie sezioni

Per ogni portata simulata, risultano quindi determinate, per ogni cella, le informazioni relative alla velocità, profondità e tipo di substrato, utilizzate dai programmi di simulazione dell’habitat contenuti in PHABSIM che forniscono come output la curva ADP-Q.

Il modello di simulazione dell’habitat utilizzato è HABTAE che ha fornito i seguenti risultati:

(33)

ADP - Q 0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 Q (mc/s) A D P m q / 1 0 0 0 m

cavedano_adulto cavedano_giovane cavedano_ripro

Figura 4.4.2.10 – curva ADP-Q per il cavedano nelle fasi adulto, giovane, riproduzione ADP - Q 0.000 200.000 400.000 600.000 800.000 1000.000 1200.000 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Q (mc/s) A D P m q / 1 0 0 0 m

barbo_adulto barbo_giovane barbo_ripro

Figura 4.4.2.11 – curva ADP-Q per il barbo nelle fasi adulto, giovane, riproduzione

Si osserva che sia per la fase adulta che per quella riproduttiva, il tratto in esame non presenta portate adeguate, in quanto il la ADP è nulla o non presenta inflessioni, mentre per la fase giovanile si può osservare che entrambe le curve presentano un punto di inflessione o breakpoint che individua il deflusso minimo vitale per quella specie in corrispondenza del particolare stadio vitale, in accordo con il fatto la fase giovanile di tali specie ittiche si ha proprio in questo periodo dell’anno.

Nel caso specifico si osserva che tale portata vale 0,090 mc/s per il cavedano e 0,050 mc/s per il barbo le quali corrispondono rispettivamente a 3 l/s kmq e 1,67 l/s kmq, risultato conforme a quello ottenuto con il metodo teorico-statistico.

(34)

Fine: sezioni da 9_a a 9_b

Lo stesso tipo di elaborazione ha condotto alle seguenti curve ADP-Q

ADP - Q

0 500 1000 1500 2000 0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25 0.275 0.3 0.325 Q (mc/s) A D P m q / 1 0 0 0 m

cavedano_adulto cavedano_giovane cavedano_ripro

ADP - Q

0 500 1000 1500 2000 2500 0 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.225 0.25 0.275 0.3 0.325 Q (mc/s) A D P m q / 1 0 0 0 m

barbo_adulto barbo_giovane barbo_ripro

Si osserva che anche in questo caso sia per la fase adulta che per quella riproduttiva, il tratto in esame non presenta portate adeguate, in quanto il la ADP è nulla o non presenta inflessioni, mentre per la fase giovanile si può osservare che entrambe le curve manifestano un punto di inflessione che individua il DMV per quella specie in corrispondenza del particolare stadio di vita.

Nel caso specifico si osserva che tale portata vale 0,030 mc/s per entrambe le specie che corrisponde a 3 l/s kmq , risultato conforme a quello ottenuto sul Marmolaio e con il metodo teorico-statistico.