Studio delle Interazioni tra Opere di Sbarramento Fluviale, Correnti Idriche Superficiali e Sotterranee: Cassa di
Espansione del Torrente Crostolo in Località Rivalta nel Comune di Reggio Emilia
Lisa Borgatti1, Federico Cervi2, Alessandro Corsini2, Marcello Fiorentini3, Giovanni Moretti3, Stefano Orlandini3, Maurizio Pellegrini2, Francesco Ronchetti2
1. Dipartimento di Ingegneria delle Strutture, dei Trasporti, delle Acque, del Rilevamento, del Territorio, Università degli Studi di Bologna.
2. Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia.3. Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile, Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia.
Cassa di espansione sul Torrente Crostolo
Torrente Crostolo
Ponte del Tondo
Tratto arginato
Casse di espansione
Fasce fluvialiCassa di Rivalta
Modello Idrologico
Analisi Territoriale:
DTM 20 m × 20 m, Regione Emilia Romagna.
Uso del suolo “Corine”, Regione Emilia Romagna.
Banca dati geologica, Regione Emilia Romagna.
Definizione dei parametri del metodo CN per la stima della pioggia efficace.
Precipitazioni ragguagliate al bacino con il metodo dei Poligoni di Thiessen.
Calibrazione del modello idrologico utilizzando eventi registrati dalla rete pluvio-idrometrica dell’ARPA-ER.
Laminazione delle Piene della Cassa di Rivalta
Analisi effettuata utilizzando il programma HEC-ResSim, USACE.
03:00 06:00 09:00 12:00 15:00
01May2009
Po
rta
ta (
m3
/s)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
Rivalta-Pool.V_2CE_C3H-0.Flow-IN.15MIN
Rivalta-Pool.V_2CE_C3H-0.Flow-OUT.15MIN
Idrogramma in ingresso corrispondente ad una precipitazione sintetica con durata pari a 3 h. Determina il raggiungimento della quota massima di regolazione.
03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00
01May2009
Po
rta
ta (
m3
/s)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Rivalta-Pool.V_2CE_C7H-0.Flow-IN.15MIN
Rivalta-Pool.V_2CE_C7H-0.Flow-OUT.15MIN
Laminazione della Cassa di Rivalta: Aspetti Generali
Volume rilasciato
Idrogramma in uscitaIdrogramma in ingresso
Volume accumulato
Laminazione della Cassa di Rivalta: Analisi delle Portate
La capacità di laminazione dell’idrogramma:• è circa il 40%, se la quota di invaso non raggiunge la quota massima di regolazione• diminuisce all’aumentare della durata di precipitazione• diminuisce al calare della sezione utile delle luci di fondo• diminuisce all’aumentare del volume inizialmente presente nell’invaso
Curva delle precipitazioni massime di Cati Invaso inizialmente vuoto, Paratoie aperte
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 1 2 3 4 5 6 7 8durata di precipitazione (h)
po
rta
ta (
m3 s
-1)
entranteuscente
Curva delle precipitazioni massime di CatiInvaso inizialmente pieno, Paratoie aperte
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
0 1 2 3 4 5 6 7 8durata di precipitazione (h)
entranteuscente
Curva delle precipitazioni massime di CatiInvaso inizialmente vuoto
Paratoie aperte
113.4
113.6
113.8
114.0
114.2
114.4
114.6
114.8
115.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
durata di precipitazione (h)q
uo
ta in
vaso
(m
)
Curva delle precipitazioni massime di Cati Invaso inizialmente vuoto
Paratoie aperte
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3.0
3.1
3.2
3.3
0 1 2 3 4 5 6 7 8
durata di precipitazione (h)
volu
me
inva
sato
(1
0 6 m
3)
Laminazione della Cassa di Rivalta: Quote e Volumi
Il tempo critico per l’invaso è in corrispondenza dell’invaso massimo
Il tempo critico non varia con le diverse configurazioni delle paratoie
L’andamento delle quote è analogo a quello dei volumi
tcr = 3 h
Soglia per la tracimazione manufatto di RivaltaParatoie aperte
0
10
20
30
40
50
60
70
1 2 3 4 5 6 7
durata precipitazione (h)
inte
nsi
tà d
i pre
cip
itazi
on
e e
ffic
ace
(m
m h
-1)
invaso vuotoinvaso pieno
Soglie di Precipitazione della Cassa di Rivalta
Limitando l’efflusso dalle luci di fondo le curve si abbassano, in particolare quelle con la condizione iniziale di invaso pieno
Le soglie per il sormonto arginale sono maggiori delle precipitazioni massime possibili di Cati
Condizione di sicurezza
Condizione di insicurezza
03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00
01May2009
Po
rta
ta (
m3
/s)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Rivaltella-Pool.V_2CE_C7H-0.Flow-IN.15MIN
Rivaltella-Pool.V_2CE_C7H-0.Flow-OUT.15MIN
Laminazione della Cassa di Rivaltella
La cassa risente della laminazione attuata da quella di Rivalta
Scarsa laminazione degli idrogrammi in ingresso
Le percentuali di laminazione sono sotto al 10%
L’idrogramma in uscita segue quello in entrata
Idrogramma in uscitaIdrogramma in ingresso
03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00
01May2009
Po
rta
ta (
m3
/s)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Rivalta-Pool.V_2CE_C7H-0.Flow-IN.15MIN
Rivalta-Pool.V_2CE_C7H-0.Flow-OUT.15MIN
Curva delle precipitazioni massime di CatiSfioro incipiente nella cassa di Rivalta
Invaso inizialmente vuoto
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
durata di precipitazione (h)
volu
me
inva
sato
(1
0 6 m
3)
luci di fondo funzionantiluci di fondo ostruite
Si considera solo l’evento che porta alla tracimazione del manufatto di Rivalta
Il volume immagazzinato è maggiore se le luci di fondo sono ostruite
Il livello dell’invaso si alza di 60 cm se le luci sono ostruite
Curva delle precipitazioni massime di CatiSfioro incipiente nella cassa di Rivalta
Invaso inizialmente vuoto
102.0102.2102.4102.6102.8103.0103.2103.4103.6103.8104.0104.2104.4
0 1 2 3 4 5 6 7 8
durata di precipitazione (h)
qu
ota
inva
so (
m) !
luci di fondo funzionantiluci di fondo ostruite
Laminazione della Cassa di Rivaltella: Quote e Volumi
Soglia per la tracimazione dell'arginaturaCassa di Rivaltella
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1 2 3 4 5 6 7
durata precipitazione (h)
inte
nsi
tà d
i pre
cip
itazi
on
e e
ffic
ace
(m
m h
-1)
luci libereluci ostruite
Soglie di Precipitazione della Cassa di Rivaltella
Se le luci sono ostruite le soglie si abbassano indipendentemente dalla durata di precipitazione
I valori riportati sono intermedi tra le soglie per la tracimazione del manufatto di Rivalta e le curve di Cati
Condizione di sicurezza
Condizione di insicurezza
Tracimazione delle Arginature di Rivalta Valutazione del Periodo di Ritorno
Curve di probabilità pluviometrica VAPI
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
durata di precipitazione (h)
alte
zza
di p
reci
pita
zio
ne
(m
m) ! T = 1000 a
T = 500 a
T = 200 a
T = 100 a
T = 50 a
T = 20 a
T = 10 a
T = 5 a
invaso vuoto
invaso pieno
Metodo proposto nel progetto VAPI (VAlutazione delle Piene in Italia)dal Gruppo Nazionale Difesa Catastrofi Idrogeologiche
Metodo proposto nel progetto VAPI (VAlutazione delle Piene in Italia)dal Gruppo Nazionale Difesa Catastrofi Idrogeologiche
Sfioro del Manufatto di Rivalta Valutazione del Periodo di Ritorno
Curve di probabilità pluviometrica VAPI
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
durata di precipitazione (h)
alte
zza
di p
reci
pita
zio
ne
(m
m) ! T = 1000 a
T = 500 a
T = 200 a
T = 100 a
T = 50 a
T = 20 a
T = 10 a
T = 5 a
invaso vuoto
invaso pieno
Metodo proposto nel progetto VAPI (VAlutazione delle Piene in Italia) dal Gruppo Nazionale Difesa Catastrofi Idrogeologiche
Tracimazione delle Arginature di RivaltellaValutazione del Periodo di Ritorno
Curve di probabilità pluviometrica VAPI
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
durata di precipitazione (h)
alte
zza
di p
reci
pita
zio
ne
(m
m) ! T = 1000 a
T = 500 a
T = 200 a
T = 100 a
T = 50 a
T = 20 a
T = 10 a
T = 5 a
luci libere
luci ostruite
Propagazione dell’Onda di Piena
HEC-RAS, U.S. Army Corps of Engineers
3200 3400 3600 3800 4000 4200
46
48
50
52
54
crostolo Plan: 1) Plan_72 8/26/2009
Main Channel Distance (m)
Ele
vatio
n (
m)
Legend
WS Max WS
Ground
Left Levee
Right Levee
Crostolo Rivalta-A1
Portata pari a 260 m3 s-1 in uscita dalla cassa di Rivalta.
Ponte del Tondo
Evento Caratterizzazione Idrologica Periodo di Ritorno
Insufficienza idraulica del Ponte del Tondo: riempimento della sezione di deflusso. Altre insufficienze idrauliche all’aumentare della portata.
Qout ≥ 262 m3 s1 Qin ≥ 494 m3 s1 d = 3 hhe ≥ 66 mmie ≥ 22 mm h1
h = 82 mm (φ = 0.80, ARF = 1)
T ≈ 50–100 a*T > 200 a†,‡
Insufficienza idraulica della cassa di espansione di Rivaltella: tracimazione delle arginature della cassa.
Qout ≥ 410 m3 s1
Qin ≥ 586 m3 s1
d = 3 hhe ≥ 78 mmie ≥ 26 mm h1
h = 97 mm (φ = 0.80, ARF = 1)
T ≈ 100–200 a*T > 200 a†
Insufficienza idraulica della cassa di espansione di Rivalta: tracimazione delle arginature della cassa.
Qout ≥ 2168 m3 s1
Qin ≥ 2300 m3 s1
d = 3 hhe ≥ 308 mmie ≥ 102 mm h1
h = 385 mm (φ = 0.80, ARF = 1)
T > 1000 a*Precipitazione temibile superiore a quella massima stimata da Cati (154 mm).
* Secondo le curve di probabilità pluviometrica basate sui risultati del progetto VAPI del GNDCI.
† Secondo le curve di probabilità pluviometrica pubblicate da ARPA Emilia Romagna.
‡ Susin ottiene Qout = 270 m3 s1 per Qin = 410 m3 s1 in ragione di un minore volume immagazzinabile. Il valore Q in = 410 m3
s1 è associato ad una precipitazione di 108 mm in una durata di 4.3 h ed al periodo di ritorno T = 100 a, ma il valore corretto della portata per quella precipitazione è Q in = 501 m3 s1. Pertanto, per le precipitazioni considerate da Susin, l’evento Qout = 270 m3 s1, e quindi anche l’evento Qout = 262 m3 s1, ha un periodo di ritorno T < 100 a.
Conclusioni
• Circolare P.C.M. 19 Marzo 1996[...] le manovre volontarie degli organi di scarico siano svolte, in generale ed ove non diversamente specificato, adottando ogni cautela al fine di determinare un incremento graduale delle portate scaricate contenendone al massimo l'entità.
• D.P.C.M. 15 Dicembre 1998Criteri di allertamento [...] Poiché obiettivo del programma è tutto il territorio nazionale, si ritiene opportuno dirigere gli sforzi per conseguire un livello minimo per tutto il paese, costituito quindi dall’uso di soglie pluviometriche.
• Direttiva P.C.M. 27 Febbraio 2004- regolazione dei deflussi- piani di laminazione
Ulteriori Considerazioni
03:00 06:00 09:00 12:00 15:00
01May2009
Po
rta
ta (
m3
/s)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Rivalta-Pool.P_2PA_C4H-0.Flow-IN.15MIN
Rivalta-Pool.P_2PA_C4H-0.Flow-OUT.15MIN
• Gestione delle piene artificiali- Pista ciclabile- Parco del Crostolo- Centri abitati
Quadro Normativo
•Circolare P.C.M. 19 Marzo 1996Il documento di protezione civile deve altresì contenere: la prescrizione che le manovre volontarie degli organi di scarico siano svolte, in generale ed ove non diversamente specificato, adottando ogni cautela al fine di determinare un incremento graduale delle portate scaricate contenendone al massimo l'entità che, nella fase di allerta di cui alla lettera a), non deve superare, nella fase crescente, quella della portata affluente al serbatoio […]
•Direttiva P.C.M. 27 Febbraio 2004Le manovre previste dal documento di protezione civile e/o dal programma statico e dal piano di laminazione potranno essere direttamente eseguite dal gestore dopo averne data comunicazione all'ufficio compartimentale dal Registro Italiano Dighe ed all'ufficio territoriale del Governo di riferimento […]Nel caso in cui il gestore, anche ai fini di salvaguardare l'opera, le popolazioni ed i beni a valle della diga, proponga di operare sia una manovra preventiva contemplata dal programma dinamico del piano di laminazione che una manovra in difformità a quanto rappresentato nel documento di protezione civile e/o nel piano di laminazione stesso, dovrà darne comunicazione all'Unità di comando e controllo attraverso l'Ufficio territoriale del Governo di riferimento.
Lavoro in Corso
• Descrizione dettagliata della geometria idraulica del sistema fluviale LiDAR aviotrasportato sull’intero bacino Rilievo di sezioni significative
• Monitoraggio dello stato idrico e dei flussi sub-superficiali in prossimità del manufatto e delle arginature della cassa di Rivalta
Indagini geognostiche Installazione di un sistema di monitoraggio in continuo con trasmissione
dei dati in remotoCampagna di letture piezometriche in una rete di monitoraggio periodico
allargata
Piezometri sul rilevato arginale
• 6 sezioni significative (+2) strumentate con piezometri di Casagrande e sonde per acquisizione dei dati in continuo e trasmissione in remoto
Sezione n°
Piezometro Sonde Centraline Note
Destra 1 P1A 1 1 (2 canali) P1B 2
2 P2A 3 1 (3 canali) P2B 4 P2C 5
3 P3A 6 1 (2 canali) P3B 7
4 P4A 8 1 (2 canali) P4B 9
5 P5 10 1 (8 canali) I canali liberi saranno utilizzati per i piezometri sotto platea
Sinistra 6 P6 11 1 (8 canali) I canali liberi saranno utilizzati per i piezometri sotto platea
7 P7A (11) 12 1 (4 canali) P7A (18) 13 P7B 14 P7C 15
8 P8A 16 1 (2 canali) P8B 17
Totale 17 8 4 da 2 canali; 1 da 3 canali; 1 da 4 canali; 2 da 8 canali
Piezometri sul rilevato arginale
• 6 piezometri di 2 m di profondità, fenestrati tra 1.5 e 1.8 m in corrispondenza dello strato in ghiaia lavata drenante posto immediatamente al di sotto di ciascuna delle piastre della vasca di dissipazione. Nel caso delle piastre con dissipatori, si è posizionato un piezometro in prossimità del manufatto principale, nella zona in cui si attendono le maggiori fluttuazioni di pressione dovute al risalto idraulico;• 6 piezometri di 5 m di profondità circa, fenestrati tra 2 e 5 m in corrispondenza del substrato limoso;• 2 piezometri di 20 m di profondità fenestrati in corrispondenza di lenti di materiale permeabile che si trovano a partire da quota di 85 m s.l.m. circa.
Piezometri in platea
Piezometri in platea
Sezione n°
Piezometro Sonde Centraline Note
Destra 1 P1A 1 1 (2 canali) P1B 2
2 P2A 3 1 (3 canali) P2B 4 P2C 5
3 P3A 6 1 (2 canali) P3B 7
4 P4A 8 1 (2 canali) P4B 9
5 P5 10 1 (8 canali) I canali liberi saranno utilizzati per i piezometri sotto platea
Sinistra 6 P6 11 1 (8 canali) I canali liberi saranno utilizzati per i piezometri sotto platea
7 P7A (11) 12 1 (4 canali) P7A (18) 13 P7B 14 P7C 15
8 P8A 16 1 (2 canali) P8B 17
Totale 17 8 4 da 2 canali; 1 da 3 canali; 1 da 4 canali; 2 da 8 canali
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