Si riporta integralmente la relazione predisposta a corredo del · 2016-06-14 · il modello di partenza stabile in modo da poter agire su un modello senza problemi. 7 relazione idraulica

Si riporta integralmente la relazione predisposta a corredo del progetto preliminare/definitivo della nuova viabilità di circuitazione perché le considerazioni da farsi, relativamente alla formazione di una breccia arginale sul Fiume Savio, sono le medesime.

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relazione idraulica Fiume Savio.doc

Sommario

1. Premessa ................................................................................................................................................... 3

2. Modellazione idraulica – dati in ingresso .................................................................................................. 5

2.1 Modello HEC RAS ..................................................................................................................................... 6

2.2 Modello digitale del terreno .................................................................................................................... 8

2.3 Collasso arginale .................................................................................................................................... 10

2.4 L’area 2D utilizzata ................................................................................................................................ 12

2.5 Le impostazioni di calcolo utilizzate ...................................................................................................... 13

3. Modellazione idraulica – i risultati .......................................................................................................... 15

3.1 Il tirante idrico atteso massimo ............................................................................................................. 16

3.2 La velocità massima ............................................................................................................................... 18

3.3 Conclusioni ............................................................................................................................................ 19

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1. Premessa

Nel contesto dell’accordo con i privati di cui all’art. 18 della LR 20/2000 comparto S17a e S17b è stato

predisposto il progetto preliminare/definitivo per l’opera oggetto di oneri aggiuntivi “nuova viabilità di

circuitazione e opere di urbanizzazione primaria strada di accesso al nuovo centro sportivo”.

L’area oggetto di intervento si trova a Lido di Savio in corrispondenza del tratto in cui il Fiume Savio sfocia a

mare. Si riporta un’immagine satellitare con l’indicazione delle opere in progetto.

Il Piano Stralcio per il Rischio Idrogeologico, redatto dall’Autorità dei Bacini Regionali Romagnoli, classifica

l’area come “distanze di rispetto dai corpi arginali” in cui vige il disposto dell’art. 10.

All’interno della fascia di distanza di rispetto dai corpi arginali il disposto dell’art. 10 dispone che non si

possano effettuare interventi all’interno della fascia in esame a meno di eventuali deroghe che possono

essere concesse previa verifica degli effetti dinamici del crollo arginale. Al comma 3 invece si riporta che

Strada di accesso all’area sportiva

Nuova circuitazione

Nuova espansione urbanistica

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entro i 30 m è comunque vietata ogni nuova costruzione. Si specifica a tal proposito che i manufatti in

progetto sono al di fuori della fascia di inedificabilità di 30 m.

Si riporta lo stralcio cartografico della tavola del Piano Stralcio per il Rischio Idrogeologico.

Nella presente relazione si approfondiranno gli effetti dinamici che si hanno sull’area oggetto di intervento

a seguito della rottura dell’argine destro del fiume Savio ad integrazione delle Relazioni idrauliche a firma

del Prof. Bottarelli.

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2. Modellazione idraulica – dati in ingresso Per la modellazione dell’onda di piena con tempo di ritorno di 200 anni si è utilizzato il modello HEC RAS

fornito dall’Autorità di Bacino.

La versione di HEC RAS utilizzata è la 5.0. Si è scelto di utilizzare questo software perchè offre la possibilità

di realizzare una modellazione combinata 1D/2D che permette di inserire, all’interno del modello messo a

disposizione dall’Autorità di Bacino, l’area 2D oggetto di indagine.

Infatti HEC ha aggiunto la capacità di eseguire uno schema di modellazione bidimensionale all'interno della

simulazione HEC-RAS condotta in regime di moto vario. E’ possibile quindi eseguire una modellazione in

moto vario con schema monodimensionale (1D) combinato con uno schema quasi-bidimensionale e/o

bidimensionale puro (2D) con l'aggiunta di un'area 2D nel modello stesso.

L'area 2D viene aggiunta nel modello disegnando un poligono, definendo il modello digitale del terreno e

quindi agganciando l'area 2D al modello monodimensionale attraverso l'uso di uno sfioratore laterale

(lateral structure).

Il programma risolve o le equazioni 2D di diffusione dell'onda o quelle complete di Saint Venant. Questa

opzione è selezionabile dall'utente. In generale, le equazioni di diffusione dell'onda in 2D consentono al

software di funzionare più velocemente garantendo inoltre una maggiore stabilità. Le equazioni 2D in

forma completa di Saint Venant sono applicabili a una gamma più ampia di problemi, ma la grande

maggioranza delle situazioni può essere modellata con sufficiente precisione con le equazioni di diffusione

dell'onda.

Il risolutore delle equazioni di moto bidimensionale utilizza un algoritmo implicito ai volumi finiti.

L'algoritmo di soluzione consente di utilizzare passi temporali di calcolo maggiori rispetto ai metodi espliciti.

L'approccio ai volumi finiti fornisce anche miglioramenti in termini di stabilità e robustezza rispetto alle

tradizionali tecniche differenziali di soluzione basate su metodi a elementi finiti.

Per utilizzare il modello HEC RAS 5.0 si sono dovuti utilizzare diversi dati in ingresso, come nel seguito

descritto.

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2.1 Modello HEC RAS

L’Autorità dei Bacini Regionali Romagnoli ha fornito il modello HEC-RAS del fiume Savio nel tratto a valle di

Cesena per eventi di piena con tempi di ritorno di 30 anni e di 200 anni.

Nella modellazione in esame si è utilizzato l’idrogramma di piena avente tempo di ritorno di 200 anni che si

riporta, per chiarezza, nel grafico seguente.

Nel modello fornito l’idrogramma era una condizione iniziale fornita nella sezione iniziale del fiume posta

subito a valle dell’abitato di Cesena

Il modello HEC RAS fornito dall’Autorità di Bacino è quasi bidimensionale perché sono implementate

diverse “storage area” lungo il percorso del fiume.

Si è provato a far girare il modello così come pervenuto dall’Autorità di Bacino e si è visto che dopo

l’elaborazione venivano evidenziati diversi errori/warning dovuti alla presenza delle storage area e di

alcune problematiche riscontrate nelle sezioni in corrispondenza dei ponti. Si è ritenuto necessario rendere

il modello di partenza stabile in modo da poter agire su un modello senza problemi.

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In particolare il modello riporta diverse aree di sfioro che si attivano quando nelle storage area a cui sono

collegate vengono raggiunti volumi impostati all’interno del risolutore HECRAS. Una volta attivata l’area di

sfioro l’acqua “esce dal sistema”.

E’ stata fatta una simulazione del modello così come fornito dall’Autorità di Bacino e si è visto che la

portata che giunge a Lido di Savio con le impostazioni presenti non è sufficiente alla modellazione della

breccia.

Si è ritenuto cautelativo per la situazione in esame modellare solamente il tratto di fiume che da Castiglione

di Ravenna arriva a mare (comunque una lunghezza superiore ai 12 km) imputando quindi alla sezione

iniziale del tratto considerato l’idrogramma di piena precedentemente riportato. In tale tratto sono

presenti unicamente le storage area adiacenti all’area di intervento. La storage area durante gli eventi di

piena si riempie fino a raggiungere il volume impostato nel modello e poi si svuota. Si è deciso di non

modificare il modello fornito dall’Autorità di Bacino nella parte terminale e quindi più adiacente all’area

perché indicativo delle effettive condizioni locali.

Si è intervenuto anche sui “warning” in corrispondenza delle sezioni dei ponti, alzando l’altezza critica

impostata.

Si segnala inoltre che il modello prevede, nell’asta del Savio, la presenza di una “lateral weir” a destra e a

sinistra del corso d’acqua per tutta la sua lunghezza: tali ipotesi è sicuramente cautelativa perché

presuppone che la portata di piena sia per lo più contenuta da queste strutture e sono pertanto presenti

minori perdite di portata all’esterno del sistema.

Infine si evidenzia che il modello di partenza non risultava essere georeferenziato; tale caratteristica è

altresì fondamentale per un buon modello 2D, in quanto deve infatti essere possibile associare un modello

digitale del terreno alla simulazione effettuata.

Si è quindi provveduto ad una georeferenziazione di quanto a disposizione, sovrapponendo manualmente il

corso d’acqua già presente nel modello ad una immagine georeferenziata.

Non si sono invece modificate le condizioni iniziali e al contorno del modello HEC RAS di partenza.

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2.2 Modello digitale del terreno

Nello sviluppo di un modello 2D è fondamentale definire il modello del terreno su cui simulare l’evento di

allagamento dovuto alla breccia arginale.

Nel caso in esame si è utilizzato il DEM reso disponibile dall’Istituto Nazione di Geofisica e Vulcanologia

(INGV) che ha una risoluzione disponibile per l’area di studio di 10 metri. Il modello è reperibile al sito

http://tinitaly.pi.ingv.it/download.html

Il modello digitale del terreno è stato ottenuto, mediante lo strumento Autocad Civil 3D, dal file .asc

scaricato dal sito sopra riportato. Si riporta l’immagine del modello digitale dell’area in esame riportante le

curve di livello. Si può notare come l’area oggetto di intervento sia ricompresa pressoché totalmente tra 0,4

m e 0,8 m.

Le quote indicate dalle curve di livello coincidono con quelle riportate dal CTR e con quelle dei rilievi più

recenti a disposizione. Si è concluso che il modello DEM fornito dall’INGV fosse sufficientemente preciso e

adeguato allo scopo.

Il modello digitale del terreno però non comprende al suo interno la modellazione della geometria del

fiume, pertanto si è utilizzato RAS MAPPER (strumento interno al software HECRAS) in grado di sovrapporre

il modello del fiume e il modello digitale del terreno.

http://tinitaly.pi.ingv.it/download.html

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Si ritiene che il modello così ottenuto abbia una precisione adeguata ai fini della simulazione da effettuare.

A titolo esemplificativo si riporta una sezione HECRAS del fiume Savio presa in corrispondenza dell’area di

interesse. La sezione in esame è fra quelle rilevate. In questa immagine è riportata anche la linea del

terreno definita all’interno del DEM (evidenziata in colore rosso).

E’ evidente quindi che il modello creato si discosta poco dalla sezione effettivamente rilevata e utilizzata dal

modello.

Si ritiene quindi che la geometria utilizzata sia pienamente identificativa della situazione in essere.

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2.3 Collasso arginale

La propensione al collasso arginale è stata valutata utilizzando i dati forniti dal Servizio Tecnico di Bacino e

riguardanti la sezione più vicina all’area di interesse.

L’ingrandimento proposto nell’immagine sopra sfalsa la dimensione della classe di rischio, che nella

corretta scala rimane pari a Fs > 1.3 – Tss>10 gg.

Dalle considerazioni sulla propensione al collasso arginale si è definito come simulare la breccia: nel caso in

esame si è assunta una breccia avente larghezza pari a circa 70 m (corrispondenti alla larghezza dell’alveo) e

si è supposto che la breccia si sviluppi fino a piano campagna.

Si riporta l’immagine della breccia simulata.

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2.4 L’area 2D utilizzata

La disponibilità di un modello digitale del terreno ha permesso di poter simulare un’area 2D piuttosto

ampia.

La grande espansione dell’area permette di modellare la piena senza l’influenza “pesante” delle condizioni

al contorno inserite nell’area stessa: infatti i risultati ottenuti mostrano chiaramente come l’andamento

dell’inondazione dipenda in maniera significativa dall’andamento altimetrico del terreno.

Se si fosse simulato il tutto con un’area minore, le condizioni al contorno sarebbero diventate essenziali

inficiando il risultato ottenuto. In particolare HEC RAS permette di inserire 4 tipologie di condizioni al

contorno:

Stage Hydograph;

Flow Hydograph;

Rating Curve;

Normal Depth.

Le prime due possono essere utilizzate sia per ipotizzare un ingresso di acqua nell’area, sia un’uscita.

Le ultime due possono essere utilizzate solo per simulare l’uscita dell’acqua dall’area 2D. Per il caso in

esame si è supposta una Normal Depth pari a 0,5 (si ricorda che HEC RAS richiede l’inserimento di un

fattore di attrito che impiega per calcolare l’altezza critica mediante l’utilizzo dell’equazione di Manning).

All’interno dell’area 2D è poi stata creata una mesh per il calcolo. Le celle sono state ipotizzate di

dimensione 10x10 m: valore che è risultato essere un buon compromesso fra la precisione di calcolo

necessaria e la stabilità stessa del modello numerico.

Come già detto il modello comprende 2 storage area già presenti nel modello fornito dall’Autorità di Bacino

e in cui non sono stati cambiati i dati inseriti (la storage area richiede una curva volume – elevazione).

Sono inoltre presenti, connesse alle storage area, due aree di sfioro. La connessione è realizzata mediante

l’utilizzo di lateral weir di altezza rispetto al piano campagna di circa 3,5 m: di fatto gli sfiori entrano in

funzione in condizioni catastrofiche.

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2.5 Le impostazioni di calcolo utilizzate

Le impostazioni di calcolo utilizzate sono riassunte nella immagine sottostante:

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3. Modellazione idraulica – i risultati

Il modello è quindi stato fatto girare con le ipotesi, i dati e le condizioni al contorno sopra riportati.

L’output del modello 2D è di tipo grafico e riporta i seguenti valori:

Altezza assoluta della tavola d’acqua;

Altezza rispetto al piano campagna;

Velocità dell’acqua.

Ognuna di queste grandezze può essere disegnata per ogni intervallo di tempo utilizzato per il calcolo.

Nelle seguenti immagini si riportano i risultati ottenuti sia per quanto riguarda la velocità, sia per quanto

riguarda il tirante idrico atteso a seguito dell’evento di piena e si precisa che sono indicati i risultati massimi

per ognuno dei parametri sopra riportati.

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3.1 Il tirante idrico atteso massimo

Nell’immagine viene riportato il tirante idrico atteso massimo a seguito dell’evento di piena e della

formazione della breccia arginale. In rosso viene evidenziata l’area oggetto di intervento.

Il tirante è definito solamente nell’area 2d sopra riportata.

Nell’area in esame l’altezza del tirante idrico attesa è sempre inferiore a 1,2 m.

Si riporta anche l’immagine dell’altezza della tavola d’acqua a rottura avvenuta:

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La tavola d’acqua quindi si attesta ad un’altezza assoluta pari a circa 1,5 m. Si ricorda che la quota di

imposta media della strada è pari a +1,7 m slm, così come la quota della lottizzazione nonché di spogliatoi e

locali dell’area sportiva. I campi da gioco invece si attestano a quota +1 m.

Pertanto si ritiene che la quota impostata a seguito della relazione idraulica a cura del Prof. Bottarelli sia corretta.

All’interno dell’ “Allegato 5: dati orientativi riguardo ai livelli marini di assegnato tempo di ritorno, clima

ondoso” della Direttiva di norme tecniche relative alle valutazioni idrologiche e idrauliche redatta

dall’Autorità dei Bacini Romagnoli a corredo del Piano Stralcio, sono riportati diversi studi relativi

all’innalzamento del livello del mare per eventi con determinate periodicità.

In particolare la località studiata più vicina alla zona oggetto di intervento è risultata essere la foce dei Fiumi

Uniti: in tale località sono forniti i valori di innalzamento del livello medio del mare in battigia per tempo di

ritorno di 1, 10 e 100 anni. Tali valori in cm sono rispettivamente 150, 200 e 250 cm.

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E’ evidente quindi che la maggior problematica idraulica di Lido di Savio è dovuta all’innalzamento del

livello del medio mare.

3.2 La velocità massima

Dall’analisi della mappa della velocità sotto riportata si vede chiaramente come la velocità massima venga

raggiunta proprio in corrispondenza dell’area oggetto di intervento.

Il valore massimo della velocità nell’area interessata è pari a 0,5 m/s: si ritiene quindi che anche sotto

questo aspetto non si sia in presenza di particolari problematiche.

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3.3 Conclusioni

La modellazione eseguita mostra come, di fatto, gli interventi previsti siano perfettamente compatibili con

la situazione idraulica del territorio anche nel caso in cui si dovesse verificare una rottura arginale a seguito

di una piena con tempo di ritorno pari a 200 anni.

Per quanto riguarda la parte idraulica si sono considerate tutte le condizioni più gravose: l’intera portata di

piena arriva nel punto in cui si forma la breccia, non sono quindi previste rotture o esondazioni in punti

precedenti e la breccia si forma fino al piano campagna.

I risultati del calcolo consentono di affermare che, stante la quota di imposta della lottizzazione (+ 1,70 m) e

della strada di circuitazione non si rendono necessari accorgimenti per i fabbricati.

Si conclude pertanto che l’intervento previsto sia compatibile idraulicamente con i dettami del Piano

Stralcio.

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