Corso di Costruzioni Idrauliche, CdL Ingegneria Civile, A.A. 2002/03
LE BONIFICHE IDRAULICHE
Ing. Francesca Caparrini
[email protected]
Le BONIFICHE hanno l’obiettivo di rendere idonee all’uomo terre altrimenti
inutilizzabili o pericolose.
BONIFICA IDRAULICA: Complesso delle opere destinate ad assicurare in ogni
tempo lo scolo delle acque in eccesso, al fine di creare le condizioni più
adatte allo sviluppo dell’agricoltura, al risanamento igienico del territorio ed
alla sua utilizzazione.
Fissare il terreno e far circolare le acque in un
nuovo equilibrio reciproco
TIPOLOGIE DI BONIFICA
La bonifica dei terreni può essere realizzata:
1.
2.
Elevando le quote del terreno con l’apporto di nuovi materiali, oppure:
Abbassando il livello delle acque
Innalzamento del terreno
Due modi:
•Apporto di materiale esterno (mazzuolatura)-poco usata, solo per piccole zone
•Bonifiche per colmata: si sfruttano i trasporti solidi dei corsi d’acqua favorendo
o accentuando, mediante apposite opere, il processo naturale di colmazione che
porta alla formazione delle pianure alluvionali.
Il comprensorio da bonificare è suddiviso in ‘casse’ per meglio graduare
l’altimetria del territorio.
Smaltimento acque chiarificate
Canale colmatore
Cassa (invaso e deposito torbide)
Bonifiche per colmata (continua)
E’ necessario che i canali di adduzione delle torbide abbiano una pendenza
sufficiente (almeno 0.5 ‰) perché non si abbiano depositi durante il
percorso. Di solito l’acqua viene immessa nel canale colmatore solo durante le
piene, quando la portata solida è maggiore e il moto che si stabilisce nel
canale ne consente il trasporto a destinazione (durante le magre vi sarebbe
interrimento).
Le bonifiche per colmata un tempo molto lungo (50-100 anni e più). Il
numero di anni necessario può essere stimato indicativamente come:
t=
V1
k ⋅ p ⋅ V2
V1=Volume di materiale solido necessario per innalzare le quote al livello desiderato
(considerando anche il costipamento)
V2=volume medio annuo di acqua torbida derivabile dal corso d’acqua
p=percentuale media di sostanza solida (in volume) per unità di volume di acqua torbida
k=coefficiente (2/3-4/5) che tiene conto del fatto che non tutto il materiale solido
deposita
Nella progettazione di una bonifica per colmata occorrono, oltre agli studi
idrologici, geologici, freatimetrici, ricerche sull’adduzione delle acque torbide,
sul grado di torbidità nelle piene del corso d’acqua colmatore, sulle
caratteristiche chimiche e fisiche dei materiali trasportati.
TIPOLOGIE DI BONIFICA (continua)
•Bonifiche per prosciugamento
Le acque in eccesso sono raccolte da una rete di canali, riuniti in un emissario che le
conduce al recipiente di scarico.
A scolo naturale (continuo/intermittente)
Per sollevamento (se i livelli idrici max. dell’emissario sono inferiori a quelli del recipiente di scarico)
Vasche di espansione
In seguito al prosciugamento si verifica un progressivo abbassamento (da pochi cm a
qualche m) della quota del comprensorio, dovuta all’abbassamento della falda e al
conseguente costipamento del terreno, nonché alla distruzione graduale dello strato
superficiale se questo contiene materiale organico.
Si deve tener conto di questo abbassamento nello studio altimetrico dei canali
colatori. (Le variazioni nell’altimetria potrebbero rendere inutilizzabili le opere di
bonifica). Terreni sabbiosi <20 cm, argillosi 20÷50 cm, torbosi>1 m
Grande Bonifica: opere generali che caratterizzano il progetto
complessivo di risanamento del comprensorio (es. separazione
delle acque torbide da quelle chiare di pioggia o di falda)
Piccole Bonifiche: opere particolari (es. impianto idrovoro che
serve una zona limitata del comprensorio)
COMPRENSORIO DI BONIFICA
Insieme di terreni da bonificare a mezzo di un unico complesso di opere.
I terreni da bonificare, se possibile, devono essere separati da quelli contigui
con argini e canali di cintura (limitare interferenza delle acque esterne
=>dimensionamento dei canali interni più affidabile)
Il comprensorio di bonifica deve essere accuratamente rilevato sia
planimetricamente che altimetricamente.
Pendenze molto basse (0.02-0.03 ‰)!!!
Livellazione di precisione (estesa fino ai corsi d’acqua esterni)
Piano quotato=>isoispse (10-50 cm)
Suddivisione del territorio in:
Terre Alte: quote superiori al livello di piena del recipiente (scolo naturale in
ogni tempo)
Terre Medie: quote comprese fra il livello di piena e quello di magra del
recipiente (scolo naturale intermittente)
Terre Basse: quote inferiori al livello di magra del recipiente (devono essere
sollevate meccanicamente)
E’ opportuno che le acque provenienti dalle tre parti seguano percorsi
separati per arrivare al recipiente di scolo, per evitare l’accumulo di
acque di bonifica nelle terre basse.
Comprensorio
del CdB
Area Fiorentina
CRITERI PROGETTUALI
Franco di bonifica: valore da attribuire al dislivello che si vorrà ottenere fra la
superficie del terreno e il livello normale dell’acqua nei fossi di scolo. Deve tener
conto del ‘franco di coltivazione’ e del ‘franco di sicurezza’ (o ‘di piena’)
Franco di coltivazione: distanza minima ammissibile fra la superficie del terreno e la
falda freatica, per garantire ovunque nel terreno il mantenersi di condizioni di
umidità più favorevoli per le Varie colture. In Italia si adottano generalmente i
seguenti valori:
Prati naturali e cereali
0.5÷0.6 m
Mais e simili
0.7 m
Colture legnose
1.00 m
Franco di piena: livello minimo del franco di bonifica che si ammette possa
verificarsi, limitatamente a brevi periodi, in occasione della massima piena di
progetto
Livello massima piena
Falda
Livello normale
In genere, dislivello
circa 30-40 cm
Franco di
coltivazione
Franco di
bonifica
Franco di
piena
CRITERI PROGETTUALI (continua)
Fasi di un progetto di bonifica per prosciugamento
•Delimitazione e recinzione del comprensorio
•Piano quotato e tracciamento curve di livello
•Indagine geognostica e freatimetrica per prevedere il costipamento del terreno
e le oscillazioni della falda
•Scelta del recipiente e determinazione del suo regime idraulico
•Suddivisione del territorio in terre alte, medie, basse
•Tracciato e progetto dei canali di cinta delle acque alte e medie
•Tracciato e progetto dei collettori delle acque alte, medie e basse
•Tracciato e progetto dei canali di secondo e terzo ordine e della rete minore
•Progetto dell’impianto idrovoro
•Progetto dei manufatti di bonifica idraulici (paratoie, sifoni, tombini,vasche di
espansione e raccolta) e stradali (ponti, strade ecc.)
•Progetto di sistemazione montana e collinare, per diminuire la portata solida
dei corsi d’acqua provenienti da tali zone che potrebbe provocare l’interrimento
dei canali di cinta delle terre alte.
ANALISI IDROLOGICA
Coefficiente udometrico= portata massima che defluisce dall’unità di
superficie di un comprensorio, in genere è espresso in l/s ha
Metodo cinematico (Turazza)
U max = 0.1157 ⋅
φ ⋅h
tc
Umax = coefficiente udometrico massimo [l/s ha]
φ = coefficiente di deflusso, dato dal rapporto fra il volume affluito ai
canali durante l’evento di pioggia e il volume meteorico di pioggia (0.63**)
h= altezza di pioggia [mm]
tc = tempo di corrivazione [giorni]
Stima del tempo di corrivazione (in giorni) per zone a bassissime pendenze:
Formula di Ongaro:
Formula di Ventura:
Formula di Pasini:
tC = 0.183 SL
tC = 0.315 S
tC = 0.243 SL
S=superficie bacino (km2)
L=lunghezza max. percorso delle
acque (km)
CANALI DI BONIFICA
I canali di bonifica devono soddisfare i requisiti:
a)
b)
c)
La velocità non deve essere troppo bassa per impedire depositi ed
eccessivo sviluppo della vegetazione, né troppo elevato per impedire
erosioni e garantire la conservazione del canale
La quota del pelo libero in condizioni di piena deve garantire il franco
di sicurezza
La profondità del canale non deve essere troppo elevata da
deprimere troppo la falda a canale vuoto
In genere i canali hanno forma trapezia, e sono realizzati in terra non rivestita
CANALI DI BONIFICA (continua)
Pendenza delle sponde:
Terreno
Pendenza delle sponde
Terre sabbiose fini incoerenti, terre torbide
1/2÷1/1.75
Terre limose-argillose e sabbiose-argillose di scarsa
compattezza
1/1.75 ÷1/1.5
Terre argillose-sabbiose di media compattezza
1/1.5÷1/1.25
Terre argillose di notevole compattezza
1/1.25÷1/1
Velocità massime ammissibili (Fortier & Scoby)
VELOCITA’ (m/s)
MATERIALE D’ALVEO
NO mat.colloidale
in sospensione
Mat.colloidale
in sospensione
Sabbia fine
0.45
0.75
Terreno argilloso-sabbioso
0.55
0.75
Terrreno argilloso-limoso
0.6
0.9
Limi normali
0.75
1.05
Ghiaia fine
0.75
1.5
Argilla comapatta
1.15
1.5
Ghiaia grossolana
1.2
1.85
Ciottoli e brecciame
1.5
1.7
Argilloscisti
1.85
1.85
Velocità minima in condizioni
di piena =0.2 m/s
Il calcolo idraulico dei canali è
eseguito utilizzando la formula
di Chezy (moto uniforme)
U = χ Ri
CANALI DI BONIFICA (continua)
Tracciato dei canali
Per la progettazione del tracciato occorre avere una planimetria di dettaglio
(curve di livello 1:2000÷1:3000). Se non si dispone di cartografia a tale scala,
occorre rilevare diettamente sul terreno gli elementi planimetrici ad altimetrici.
L’andamento dei canali principali segue generalmente le depressioni naturali del
terreno (ma con tratti rettilinei).
I canali secondari hanno andamenti più regolari possibili, perpendicolari ai
precedenti; a essi si collegano (sempre ortogonali) i collettori del terzo ordine
o capifosso, in cui scaricano direttamente I fossi campestri.
La distanza fra due capifosso contigui dipende dalla lunghezza assegnata ai
campi, e dipende dall’utilizzazione agraria del comprensorio e alla natura dei
terreni (di solito circa 300 m).
MANUFATTI ACCESSORI
•Impianti idrovori
•Ponti, botti, tombe-sifoni (viabilità)
•Paratoie (regolarizzazione dei deflussi)
•Chiaviche (nelle bonifiche a scolo naturale intermittente, per impedire
l’ingresso di acqua dall’esterno all’interno del comprensorio)
MANUFATTI (continua)
Esempio: Nuovo manufatto paratoie sul collettore delle Acque Alte (Fosso
Reale) all’immissione nel Fiume Bisenzio (Consorzio di Bonifica Area Fiorentina)
Due paratoie
piane (5x8
mq)
Stato attuale
Schema di progetto
Funzioni
delle
paratoie:
•Evitare
innalzamento
argini
Fosso Reale a quota
argini Bisenzio
•Separare
idraulicamente le due
aste
•Controllare
la
velocità delle acque
del Fosso Reale nel
caso che il F.Reale
sia in piena e il
Bisenzio no
IMPIANTI IDROVORI
Utilizzati per sollevare le acque basse e immetterle nel recipiente (o nelle
bonifiche a scolo meccanico).
Gli impianti di sollevamento in generale si compongono di:
•Serbatoio (vasca) di aspirazione
•Condotta di aspirazione
•Stazione di pompaggio
•Condotta di mandata
•Serbatoio di mandata
Zero di bonifica: livello a cui devono essere mantenute le acque nella vasca
di aspirazione delle idrovore perché il profilo liquido dei canali corrisponda al
franco di bonifica.
Zero di valle: livello nella vasca di aspirazione delle idrovore al di sotto del
quale si ritiene inutile il funzionamento della pompa.
IMPIANTI IDROVORI (continua)
A monte e a valle dell’impianto idrovoro il canale di scarico della bonifica deve
allargarsi, formando un bacino (mandracchio) di larghezza maggiore di circa 3
volte la larghezza normale e lunghezza maggiore della larghezza, per evitare
che l’entrata in funzione delle pompe provochi brusche perturbazioni nei
canali, causando smottamenti ed erosione delle sponde.
Nel progetto del fabbricato idrovoro si deve tener conto dei problemi relativi
alle fondazioni e ai sifonamenti (i fabbricati dividono zone a diversi livelli
d’acqua).
L’impianto idrovoro deve avere più di una pompa (che altrimenti dovrebbe
essere dimensionata sulla portata massima di progetto, raramente raggiunta) e
garantire sicurezza nell’alimentazione (2 linee elettriche + generatore Diesel).
Le pompe di bonifica hanno alte portate e bassa prevalenza (=>bassa velocità
di rotazione).
Nel caso di stazioni di sollevamento equipaggiate con grandi pompe centrifughe
sommergibili, le pompe possono essere installate in colonne verticali in acciaio
o cemento costruite sul posto.
IMPIANTI IDROVORI (continua)
IMPIANTI IDROVORI (continua)
AREE DI LAMINAZIONE
ES. Area di laminazione Olmetti
(Fosso Vingone, CdB Area
Fiorentina)
Modello di controllo artificiale,
con paratoie di intercettazione
sul
Fosso
Vingone
e
all’imbocco-scarico della vasca
di laminazione.
MANUTENZIONE DEI CANALI
Spurgo:
Asportazione dei materiali solidi (torbide), per ovviare al
progressivo interrimento degli alvei. Si effettua quando l’interrimento ha
ridotto sensibilmente la sezione idraulica (frequenza varia molto da canale a
canale).
Diserbo: eliminazione (meccanica o chimica) della vegetazione spontanea
che si sviluppa in alveo e sulle sponde. Anche in questo caso la frequenza
di intervento è variabile da canale a canale.
Regolarizzazione delle sezioni (manutenzione straordinaria)
MANUTENZIONE (continua)
MANUTENZIONE (continua)
Altri interventi:
Interventi idraulico-forestali sui torrenti a monte
LEGISLAZIONE IN MATERIA DI BONIFICHE
•REGIO DECRETO del 25 luglio del 1904, n. 523 (Testo Unico sulle Opere
Idrauliche)
•TESTO UNICO 11 dicembre 1933, n.1775 (disposizioni sulle acque ed
impianti elettrici)- Istituzione dei Consorzi (di Bonifica, Irrigui), eventualmente
obbligatori.
•LEGGE 18 maggio 1989, n.183, ‘Norme per la difesa del suolo’
•LEGGE 5 gennaio 1994, n. 36 , ‘Disposizioni in materia di risorse idriche’
facoltà di realizzare e gestire le reti a prevalente uso irriguo da parte dei
consorzi di bonifica e di irrigazione– regola l’uso delle acque
•LEGGE REGIONALE 5 maggio 1994, n. 34, ‘Norme in materia di bonifica’
•LEGGE REGIONALE 11 dicembre 1998, n. 91, ‘Norme per la difesa del
suolo’
LEGISLAZIONE (continua)
LEGGE REGIONALE 5 maggio 1994, n. 34, ‘Norme in materia di bonifica’
•Attivià di bonifica: mezzo permanente finalizzato allo sviluppo, alla
tutela e alla valorizzazione delle produzioni agricole, alla difesa del
suolo, alla regimazione delle acque e alla tutela dell’ambiente e delle
sue risorse naturali.
•La legge detta le disposizioni per una nuova delimitazione dei
comprensori di bonifica nell’ambito di tutto il territorio regionale e
disciplina l’istituzione e il funzionamento dei Consorzi di bonifica, ai
quali riconosce un prevalente ruolo ai fini della
progettazione,
realizzazione nonche’ della gestione delle opere di bonifica
•Disciplina altresi’ le modalita’ dell’intervento pubblico, […] in
modo da assicurare il coordinamento dell’attivita’ di bonifica con le
azioni previste nei piani di bacino e negli altri strumenti di pianificazione
e programmazione della Regione e degli enti locali in materia di
agricoltura, foreste e lavori pubblici.
LEGISLAZIONE (continua)
LEGGE REGIONALE 5 maggio 1994, n. 34, ‘Norme in materia di bonifica’(cnt.)
•Costituisce attivita’ di bonifica il complesso degli interventi finalizzati ad
assicurare lo scolo delle acque, la sanita’ idraulica del territorio e la
regimazione dei corsi d’acqua naturali, a conservare ed incrementare le
risorse idriche per usi agricoli in connessione con i piani di utilizzazione
idropotabile ed industriale, nonché ad adeguare, completare e mantenere le
opere di bonifica gia’realizzate.
• Costituiscono inoltre attivita’ di bonifica, se finalizzati alla medesima, gli
interventi volti ad assicurare la stabilita’dei terreni declivi ed a realizzare
infrastrutture civili
Il piano generale di bonifica:
a)
definisce le
linee di
intervento della bonifica nel comprensorio;
b)
individua le opere di bonifica da realizzare, indicandone la priorità;
c)
stabilisce gli indirizzi per gli interventi di miglioramento
privati.
fondiario da parte di
LEGISLAZIONE (continua)
LEGGE REGIONALE 5 maggio 1994, n. 34, ‘Norme in materia di bonifica’(cnt.)
i Consorzi di Bonifica:
a) formulano le proposte del piano generale di bonifica nonché del
programma regionale
b) provvedono
alla
progettazione e, su concessione della
Provincia, all’esecuzione
delle opere
pubbliche di
bonifica
nonché alla loro gestione
c) provvedono alla progettazione e all’esecuzione delle opere di
bonifica di competenza privata per incarico dei proprietari
interessati ovvero, […], in sostituzione dei medesimi
d) esercitano le funzioni dei Consorzi idraulici di difesa e di scolo
e) provvedono
allo svolgimento delle funzioni relative ai canali
demaniali d’irrigazione;
f) esercitano tutte le altre funzioni ad essi attribuite […]
CONSORZI DI BONIFICA IN TOSCANA
Consorzio
Provincia
Area Fiorentina
Colline del Chianti
Grossetana
Osa-Albegna
Colline Livornesi
Val di Cornia
Bientina
Versilia-Massaciuccoli
Ufficio dei Fiumi e Fossi
Val d’Era
Ombrone Pistoiese-Bisenzio
Padule di Fucecchio
Val di Chiana Romana e Val di Paglia
Firenze
Firenze
Grosseto
Grosseto
Livorno
Livorno
Lucca
Lucca
Pisa
Pisa
Pistoia-Prato
Pistoia
Siena