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CORSI D’ACQUA MINORI DEI VERSANTI MONTUOSI INTERFERENTI CON IL NUOVO TRONCO STRADALE

STUDIO IDROLOGICO

Premessa Il nuovo tronco stradale in progetto, per i tratti all’aperto, segue l’andamento del fondo valle del Chiese, lungo il piede ed a mezza costa delle pendici dei versanti montuosi. La morfologia del territorio presenta una serie di piccoli bacini imbriferi tributari del F. Chiese, intersecati dal tracciato stradale poche decine di metri a monte del loro recapito a fondo valle. I bacini di maggiore importanza idraulica, sono drenati da solchi vallivi naturali ben definiti, per quanto riguarda l’estensione del proprio bacino ed il tracciato, e pertanto è nota con precisione anche la posizione degli attraversamenti idraulici della nuova opera stradale. Rimane tuttavia esclusa da questi impluvi una parte delle aree delle pendici montuose, afferenti direttamente ed in modo diffuso alla piattaforma stradale, per ruscellamento superficiale. Lo studio idrologico determina, per i corsi d’acqua interferenti, la portata di piena di progetto nel punto dell’attraversamento stradale, mentre, per i bacini residui, privi di solchi vallivi d’impluvio, determina la portata massima di progetto per unità di lunghezza del fronte stradale interessato. Metodo dello studio Si procede al calcolo ed alla definizione degli idrogrammi di piena di progetto, mediante un modello matematico afflussi-deflussi, sulla base dei dati pluviometrici disponibili. L’algoritmo utilizzato per la trasformazione delle piogge in deflussi, è il modello cinematico di corrivazione, secondo il quale gli idrogrammi di piena, conseguenti ad eventi piovosi di ricorrenza e di durata prefissate, vengono calcolati integrando l’Idrogramma unitario istantaneo (IUH) con gli ietogrammi corrispondenti alle diverse piogge considerate. Il valore della portata che si assumerà alla base del successivo calcolo idraulico, sarà quella dell’idrogramma che presenterà il massimo valore della portata al colmo. Il modello matematico utilizzato richiede numerosi parametri e coefficienti, la cui esatta determinazione si ottiene mediante l’elaborazione e la correlazione dei valori delle portate e delle piogge che hanno generato le stesse, in funzione del tempo, almeno di un evento reale verificatosi. In mancanza di questi dati statistici, si ricorre alla stima dei parametri del modello, con procedimenti e metodi basati sulle caratteristiche geomorfologiche e dell’uso del suolo dei singoli bacini. Il modello di corrivazione schematizza il fenomeno fisico di trasformazione delle precipitazioni piovose nei corrispondenti deflussi secondo le seguenti ipotesi: -la formazione della piena è dovuta esclusivamente ad un fenomeno di trasferimento della massa liquida; -il percorso di ogni singola goccia d’acqua, dal punto in cui essa cade alla sezione di chiusura, rimane immutato nel corso dell’evento; -il movimento di ogni singola goccia d’acqua non è influenzato dalla presenza delle altre gocce; -la portata defluente si ottiene sommando tra loro le portate elementari provenienti dalle varie aree del bacino, che si presentano nello stesso istante nella sezione di chiusura.

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L’idrogramma unitario istantaneo, in questo caso, assume la forma rappresentata dalla seguente relazione differenziale:

dtdS

Sth

1)( = per t ≤ tc

nella quale il tempo di corrivazione t, corrispondente alla superficie S, è definito semplicemente “tempo di corrivazione del bacino” (tc). Il rapporto ds/dt è la derivata della curva aree/tempi di corrivazione che pertanto deve essere costruita. Nel caso i deflussi afferiscano a corsi d’acqua ben definiti, si è posta particolare cura alla costruzione della predetta curva, che nel modello rappresenta e schematizza le caratteristiche geomorfologiche del bacino. Il tempo di corrivazione dei singoli bacini, rispetto alle loro chiusure corrispondenti ai punti d’intersezione con il tracciato stradale, sono calcolate mediante la formula di Giandotti:

mc

HLS

t8,0

5,14 +=

in cui: tc è il tempo di corrivazione in ore; S è la superficie del bacino in Km2; L è la lunghezza dell’asta principale del corso d’acqua in Km; Hm è l’altezza media del bacino rispetto alla chiusura. Si sono quindi trasformate le curve ipsografiche nelle corrispondenti curve aree/tempi di corrivazione, suddividendo l’ordinata del primo grafico in tanti intervalli quanti risultano dal rapporto tc/5 minuti, essendo 5 minuti il tempo di discretizzazione preso a base dei calcoli. All’origine delle onde di piena, si considerano eventi piovosi con tempo di ritorno di 100 anni, espressi dall’equazione di possibilità climatica nella forma h = a tn, senza ragguaglio all’estensione dei bacini, data la piccola estensione degli stessi. Non tutta l’acqua che cade sul bacino durante l’evento considerato concorre a formare l’onda di piena, perché non sono trascurabili i fenomeni di infiltrazione, di invaso e di evapotraspirazione. Anche per questo aspetto non esistono dati rilevati che possano dar conto del reale rapporto tra pioggia netta, definita come la pioggia che genera l’onda di piena, e la pioggia effettivamente caduta. La riduzione dello ietogramma è pertanto definita con il metodo “Curve Number” proposto dal Soil Conservation Service (metodo CN-SCS), che fornisce, rispetto ad altri metodi di depurazione, il vantaggio di una considerevole mole di dati per l’applicazione. Individuazione e caratteristiche dei bacini imbriferi Lungo il tracciato del nuovo tronco stradale, da Idro Sud a Vestone Nord, si individuano quindici bacini imbriferi, precisamente rappresentati nell’allegata carta dei bacini e della rete idrografica, Tavola IDR 1T

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Di essi quelli di maggiore estensione sono sei, ciascuno di questi facente capo ad un corso d’acqua superficiale inciso lungo il versante montuoso, ai quali si frappongono i restanti nove bacini, generalmente di minore importanza, tributari delle acque di ruscellamento superficiale in modo diffuso, intercettate longitudinalmente dalla nuova opera stradale, lungo i tratti stradali intersecanti le pendici montuose. Di questi bacini, uno solo riguarda il versante destro della valle del Chiese, presso la località Pieve Vecchia del Comune di Lavenone, con superficie scolante modesta, afferente al tratto stradale compreso fra la rotatoria di Idro e l’imbocco a valle della successiva galleria. La stragrande maggioranza degli altri bacini, nel loro insieme, è costituita da una vasta area omogenea situata lungo il versante sinistro della valle del Chiese, delimitata, in quota, dalla linea spartiacque che unisce il Dosso del Gallo, il Dosso Turmer e la Cima Antegolo. Si tratta di un’area naturale a forte acclività dei versanti e dei solchi vallivi d’impluvio, interamente ricoperta dalla vegetazione naturale, costituita in prevalenza da boschi di latifoglie a densità medio alta e da prati permanenti. Non si riscontrano, all’interno del bacino, fenomeni di dissesto idrogeologico rilevanti ai fini del presente progetto. Lo studio dei bacini, per la determinazione dei parametri necessari nel modello idrologico prescelto, è condotto con riferimento ai dati geomorfologici, idrogeologici e di uso del suolo, messi a disposizione dal Servizio Infrastruttura per l'Informazione Territoriale della Regione Lombardia, integrati e verificati con i dati e le notizie sulla geologia della zona ed ai risultati delle visite sopralluogo eseguite. Piogge Gli eventi piovosi intensi, considerati nel calcolo degli idrogrammi, sono rappresentati a mezzo della curva di possibilità climatica avente tempo di ritorno di 100 anni, i cui parametri, per la zona d’interesse (cella EZ68), sono contenuti nella tabella dell’Allegato 3 “Distribuzione spaziale delle precipitazioni intense” delle Norme di Attuazione del PAI, ottenendosi la seguente equazione:

h = 52,83 t0,391 (TR = 100 anni)

Secondo il metodo scelto per la determinazione della pioggia netta, detto del “Curve Number”, il volume Q (mm) defluito fino all’istante t, è dato dalla seguente espressione:

')()( 2

SIPIP

Qa

a

−−−

=

dove: P (mm) è il volume affluito fino all’istante t; S’ (mm) è il volume massimo immagazzinato nel terreno a saturazione; Ia (mm) è la depurazione iniziale (initial abstraction). La determinazione di S’ viene effettuata sulla base della seguente relazione:

254400.25

'−

=CN

S

che riduce la sua determinazione a quella del cosiddetto indice CN (Curve Number), compreso tra 0 e 100 e diffusamente tabulato.

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Il CN dipende dal tipo di suolo, distinto quest’ultimo in quattro gruppi idrologici a seconda della potenzialità di deflusso, e per ogni tipo di suolo del tipo di copertura ed uso delle aree. Sulla base delle caratteristiche geomorfologiche e dell’uso del suolo, il valore medio ponderato dell’indice CN caratteristico di ogni singolo bacino, è calcolato attribuendo alle varie aree omogenee i valori dell’indice CN ottenuti dalla letteratura specializzata. Il valore della depurazione iniziale Ia, funzione del tipo di suolo e delle condizioni iniziali di saturazione, è calcolato mediante la seguente formula consigliata dal Soil Concervation Service:

Ia = 0,2 S’

Tabella n° 1 valori caratteristici del CN

Gruppo idrologico CN

Prati permanenti in assenza di specie arboree ed arbustive

B C D

58 71 78

Prati permanenti con assenza di specie arboree ed arbustive sparse

D

78

Boschi di latifoglie a densità media e alta

B C D

55 70 77

Cespuglietti con presenza significativa di specie arbustive alte ed arboree

D

70

Aree verdi incolte

D

78

Insediamenti produttivi agricoli

D

78

Insediamenti industriali, artigianali, commerciali

D

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Ietogrammi Il calcolo idrologico è sviluppato con riferimento ad eventi piovosi di diversa durata, al fine di individuare quello che produce il colmo di piena di maggiore intensità. Per quanto riguarda la distribuzione della pioggia, si considerano ietogrammi corrispondenti a piogge costanti ed uniformi sui bacini senza ragguagli all’area degli stessi, data la loro piccola estensione.

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Idrogrammi di piena e portate massime di progetto Secondo il metodo e le ipotesi illustrati nei paragrafi precedenti, con l’ausilio del calcolatore elettronico, si sono determinati, per ciascun bacino, l’Idrogramma unitario istantaneo (IUH) e gli idrogrammi di piena conseguenti a diverse durate degli eventi piovosi, ricercando fra questi quello che presenta il massimo valore della portata al colmo, assunta come portata massima di progetto. Nel caso dei bacini privi di corso d’acqua, nei quali le acque di ruscellamento lungo il versante raggiungono la strada in modo diffuso, la portata di progetto intercettata dalla nuova struttura viaria, si considera uniformemente distribuita lungo il percorso della strada stessa. Nelle seguenti schede si riassumono i dati caratteristici di ciascun bacino ed i risultati del calcolo idrologico. Brescia, Marzo 2014 Dott. Ing. Giuseppe Rossi Allegati: Schede del calcolo idrologico Tavola IDR 1T: Carta dei bacini e della rete idrografica

Corso d'acqua

BACINO N° 1 VERSANTE PRIVO DI CORSO D'ACQUA (lunghezza fronte strada = 300 m)

Sezione di chiusura

Località Pieve Vecchia (Idro) (destra F. Chiese)Comune Lavenone e Idro (BS)Quota (msm) 382.00Coordinate

Metodo dello studio

Modello CINEMATICO DI CORRIVAZIONECalcolo Idrogramma unitario istantaneo (IUH)

Ietogramma COSTANTEPerdite METODO CN-SCS

Caratteristiche geomorfologiche del bacino

Superficie (ha) 7.75.11Andamento altimetrico Curva ipsografica

Altitudine (msm) 639 600 500 400 382Superficie (ha) 0 0.45.36 1.97.00 6.52.85 7.75.11

Altitudine (msm)Superficie (ha)


Altitudine (msm) Massima 639.00Media 470.18Sez. chiusura 382.00

Pendenza media (m/m) 49.82%

Densità di drenaggio

Fattore di forma

Lunghezza asta (m) 592

Tempo di corrivazione (min) 15

Piogge

Fonte dati PAI Cella EZ68

Equazioni C.P.C. TR 20 50 100 200 500Parametro a 52.83Parametro n 0.391

Parametro a ragg.Parametro n ragg.

STUDIO IDROLOGICO

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Calcolo della pioggia nettaMetodo CN-SCSUso del suolo Sup. (ha) Gruppo CNPrati permanenti 0.87.46 D 78Boschi di latifoglie 6.87.65 D 77

CN medio 77.11

Depurazione iniziale Ia (mm) metodo standard

IDROGRAMMIEvento TR100 TR100 TR100 TR100Durata (min) 15 30 45 60Pioggia totale (mm) 30.72 40.29 47.21 52.83Pioggia netta (mm) 2.69 6.32 9.6 12.59Coefficiente di deflusso 0.09 0.16 0.2 0.24Durata idrogramma (min)Portata al colmo (m3/s) 0.405 0.605 0.615 0.589Volume defluito (m3) 208 490 744 976

PORTATA UNITARIA DI PROGETTO = 2.05 l/s.m

COEFFICIENTE UDOMETRICO = 79.34 l/s.ha

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Corso d'acqua


Sezione di chiusura

Località Sinistra F. ChieseComune Lavenone (BS)Quota (msm) 355.00Coordinate

Metodo dello studio





Altitudine (msm) 590 500 400 355Superficie (ha) 0 0.70.80 1.46.07 2.24.11






Fattore di forma



Piogge




STUDIO IDROLOGICO

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CN medio 77.08





10

Corso d'acqua


Sezione di chiusura


Metodo dello studio





Altitudine (msm) 750 700 600 500 400 355Superficie (ha) 0 0.60.44 2.79.38 4.79.94 7.58.60 8.96.42






Fattore di forma



Piogge




STUDIO IDROLOGICO

11


CN medio 77


IDROGRAMMIEvento TR100 TR100 TR100 TR100Durata (min) 15 30 45 60Pioggia totale (mm) 30.72 40.29 47.21 52.83Pioggia netta (mm) 2.64 6.25 9.51 12.49Coefficiente di deflusso 0.09 0.18 0.20 0.24Durata idrogramma (min)Portata al colmo (m3/s) 0.327 0.627 0.676 0.66Volume defluito (m3) 237 560 0.66 1120



12

Corso d'acqua

BACINO N° 4 VERSANTE DRENATO DA UN CORSO D'ACQUA

Sezione di chiusura


Metodo dello studio






Altitudine (msm) 348Superficie (ha) 18.33.99



Pendenza media (m/m)


Fattore di forma



Piogge




STUDIO IDROLOGICO

13

Calcolo della pioggia nettaMetodo CN-SCSUso del suolo Sup. (ha) Gruppo CNPrati permanenti 0.15.99 D 78Boschi di latifoglie e boschi misti a densità medio alta 18.18.00 D 77

CN medio 77.01



PORTATA DI PROGETTO = 1.33 m3/s


14

Corso d'acqua


Sezione di chiusura


Metodo dello studio











Fattore di forma



Piogge




STUDIO IDROLOGICO

15

Calcolo della pioggia nettaMetodo CN-SCSUso del suolo Sup. (ha) Gruppo CNPrati permanenti 0.76.22 C 71Boschi di latifoglie 4.60.37 C 70

CN medio 70.14


IDROGRAMMIEvento TR100 TR100 TR100 TR100 TR100Durata (min) 15 30 45 60 75Pioggia totale (mm) 30.72 40.29 47.21 52.83 57.65Pioggia netta (mm) 0.71 2.75 4.89 6.99 9Coefficiente di deflusso 0.02 0.07 0.10 0.13 0.16Durata idrogramma (min)Portata al colmo (m3/s) 0.075 0.221 0.271 0.289 0.278Volume defluito (m3) 38 147 262 375 483



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Corso d'acqua


Sezione di chiusura


Metodo dello studio











Fattore di forma



Piogge




STUDIO IDROLOGICO

17

Calcolo della pioggia nettaMetodo CN-SCSUso del suolo Sup. (ha) Gruppo CNPrati permanenti 0.24.86 D 78Boschi di latifoglie e boschi misti a densità medio alta 82.61.66 D 77Insediamenti industriali 2.0101 D 63Insediamenti produttivi aree verdi incolte 0.7553 D 78

CN medio 77.71





18

Corso d'acqua


Sezione di chiusura


Metodo dello studio





Altitudine (msm) 380 344Superficie (ha) 0 0.66.77






Fattore di forma



Piogge




STUDIO IDROLOGICO

19

Calcolo della pioggia nettaMetodo CN-SCSUso del suolo Sup. (ha) Gruppo CNPrati permanenti 0.62.91 B 58Boschi di latifoglie 0.03.87 B 55

CN medio 57.83


IDROGRAMMIEvento TR100 TR100Durata (min) 165 180Pioggia totale (mm) 78.46 81.18Pioggia netta (mm) 7.57 8.49Coefficiente di deflusso 0.1 0.1Durata idrogramma (min)Portata al colmo (m3/s) 0.017 0.017Volume defluito (m3) 50.54 57.6



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Corso d'acqua


Sezione di chiusura


Metodo dello studio











Fattore di forma



Piogge




STUDIO IDROLOGICO

21

Calcolo della pioggia nettaMetodo CN-SCSUso del suolo Sup. (ha) Gruppo CNPrati permanenti 2.43.14 D 78Boschi di latifoglie e boschi misti a densità medio alta 12.40.57 D 77

CN medio 77.16





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Corso d'acqua


Sezione di chiusura

Località Sinistra F. ChieseComune Vestone (BS)Quota (msm) 326.00Coordinate

Metodo dello studio











Fattore di forma



Piogge




STUDIO IDROLOGICO

23

Calcolo della pioggia nettaMetodo CN-SCSUso del suolo Sup. (ha) Gruppo CNPrati permanenti 2.19.71 C 71Boschi di latifoglie e cespuglieti 8.32.31 C 70

CN medio 70.21


IDROGRAMMIEvento TR100 TR100 TR100 TR100 TR100Durata (min) 15 30 45 60 75Pioggia totale (mm) 30.72 40.29 47.21 52.83 57.65Pioggia netta (mm) 0.72 2.77 4.93 7.03 9.05Coefficiente di deflusso 0.02 0.07 0.10 0.13 0.16Durata idrogramma (min)Portata al colmo (m3/s) 0.163 0.447 0.541 0.557 0.552Volume defluito (m3) 76 293 5.21 743 957



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Corso d'acqua


Sezione di chiusura


Metodo dello studio











Fattore di forma



Piogge




STUDIO IDROLOGICO

25

Calcolo della pioggia nettaMetodo CN-SCSUso del suolo Sup. (ha) Gruppo CNBoschi di latifoglie e boschi misti a densità medio alta 8.81.40 D 77

CN medio 77





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Corso d'acqua


Sezione di chiusura


Metodo dello studio





Altitudine (msm) 530 500 400 333Superficie (ha) 0 0.05.15 0.66.87 1.32.18






Fattore di forma



Piogge




STUDIO IDROLOGICO

27

Calcolo della pioggia nettaMetodo CN-SCSUso del suolo Sup. (ha) Gruppo CNBoschi di latifoglie e boschi misti a densità medio alta 8.81.40 D 77

CN medio 77


IDROGRAMMIEvento TR100 TR100 TR100 TR100Durata (min) 5 30 45 60Pioggia totale (mm) 19.99 2.69 47.21 52.83Pioggia netta (mm) 0 4.82 9.51 6.89Coefficiente di deflusso 0 0.1 0.20 0.13Durata idrogramma (min)Portata al colmo (m3/s) 0 0.073 0.639 0.072Volume defluito (m3) 0 64 838 91



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Corso d'acqua


Sezione di chiusura


Metodo dello studio











Fattore di forma



Piogge




STUDIO IDROLOGICO

29

Calcolo della pioggia nettaMetodo CN-SCSUso del suolo Sup. (ha) Gruppo CNPrati permanenti in assenza di specie arboree ed arbustive 0.03.87 C 71Boschi di latifoglie e boschi misti a densità medio alta 13.63.59 C 70

CN medio 70


IDROGRAMMIEvento TR100 TR100 TR100 TR100 TR100 TR100Durata (min) 15 30 45 60 75 90Pioggia totale (mm) 30.72 40.39 47.21 52.83 57.65 61.91Pioggia netta (mm) 0.68 2.69 4.82 6.89 8.89 10.81Coefficiente di deflusso 0.02 0.09 0.1 0.13 0.15 0.17Durata idrogramma (min)Portata al colmo (m3/s) 0.155 0.492 0.588 0.651 0.665 0.661Volume defluito (m3) 93 368 659 943 1216 1478



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Corso d'acqua


Sezione di chiusura


Metodo dello studio

Modello -Calcolo Similitudine con bacino n.12



Superficie (ha) 0.05.50



Corso d'acqua


Sezione di chiusura


Metodo dello studio







STUDIO IDROLOGICO

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Corso d'acqua


Sezione di chiusura


Metodo dello studio







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