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
Tratto arginato
Casse di espansione
Ponte del Tondo
Cassa di Rivalta
Fasce fluviali
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.
550
500
450
400
P or tata ( m 3/s)
350
300
250
200
150
100
50
0
03:00
06:00
09:00
12:00
01May2009
15:00
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.
Laminazione della Cassa di Rivalta: Aspetti Generali
450
Idrogramma
in ingresso
400
Idrogramma in uscita
350
Volume accumulato
Volume rilasciato
P or tata ( m 3/s)
300
250
200
150
100
50
0
03:00
06:00
Rivalta-Pool.V_2CE_C7H-0.Flow-IN.15MIN
Rivalta-Pool.V_2CE_C7H-0.Flow-OUT.15MIN
09:00
12:00
01May2009
15:00
18:00
21:00
Laminazione della Cassa di Rivalta: Analisi delle Portate
1000
entrante
uscente900
800
700
600
500
400
300
Curva delle precipitazioni massime di Cati
200
Invaso inizialmente vuoto, Paratoie aperte
100
3
-1
portata (m s )
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
1
2
3
4
5
6
durata di precipitazione (h)
7
entrante
uscente
Curva delle precipitazioni massime di Cati
Invaso inizialmente pieno, Paratoie aperte
8 0
1
2
3
4
5
6
durata di precipitazione (h)
7
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
8
Laminazione della Cassa di Rivalta: Quote e Volumi
3.3
3.2
3
volume invasato (10 m )
115.0
Curva delle precipitazioni massime di Cati
Invaso inizialmente vuoto
Paratoie aperte
quota invaso (m)
6
3.1
3.0
2.9
2.8
2.7
Curva delle precipitazioni massime di Cati
Invaso inizialmente vuoto
114.8
Paratoie aperte
114.6
114.4
114.2
114.0
2.6
113.8
2.5
113.6
2.4
113.4
0
1
2
3
4
5
6
durata di precipitazione (h)
7
8
0
1
2
3
4
5
6
7
durata di precipitazione (h)
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
8
-1
intensità di precipitazione efficace (mm h )
Soglie di Precipitazione della Cassa di Rivalta
70
60
Soglia per la tracimazione manufatto di Rivalta
Paratoie aperte
invaso vuoto
invaso pieno
50
Condizione di insicurezza
Condizione di sicurezza
40
Le soglie per il sormonto
arginale sono maggiori
delle precipitazioni
massime possibili di Cati
30
20
10
0
1
2
3
4
5
durata precipitazione (h)
6
7
Limitando l’efflusso dalle
luci di fondo le curve si
abbassano, in particolare
quelle con la condizione
iniziale di invaso pieno
Laminazione della Cassa di Rivaltella
450
Idrogramma
in ingresso
Idrogramma in uscita
400
450
350
400
350
300
P or tata ( m 3/s)
P or tata ( m 3/s)
300
250
200
150
100
250
200
150
50
0
03:00
06:00
09:00
12:00
01May2009
15:00
18:00
21:00
100
Rivalta-Pool.V_2CE_C7H-0.Flow-IN.15MIN
Rivalta-Pool.V_2CE_C7H-0.Flow-OUT.15MIN
50
0
03:00
06:00
09:00
12:00
01May2009
Rivaltella-Pool.V_2CE_C7H-0.Flow-IN.15MIN
Rivaltella-Pool.V_2CE_C7H-0.Flow-OUT.15MIN
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
15:00
18:00
21:00
Laminazione della Cassa di Rivaltella: Quote e Volumi
3
0.8
6
volume invasato (10 m )
0.9
0.7
Curva delle precipitazioni massime di Cati
Sfioro incipiente nella cassa di Rivalta
Invaso inizialmente vuoto
quota invaso (m) !
1.0
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
luci di fondo funzionanti
luci di fondo ostruite
0.1
0.0
0
1
2
3
4
5
6
durata di precipitazione (h)
7
8
104.4
Curva delle precipitazioni massime di Cati
104.2
Sfioro incipiente nella cassa di Rivalta
104.0
Invaso inizialmente vuoto
103.8
103.6
103.4
103.2
103.0
102.8
102.6
102.4
luci di fondo funzionanti
102.2
luci di fondo ostruite
102.0
0
1
2
3
4
5
6
durata di precipitazione (h)
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
7
8
-1
intensità di precipitazione efficace (mm h )
Soglie di Precipitazione della Cassa di Rivaltella
90
Soglia per la tracimazione dell'arginatura
Cassa di Rivaltella
80
luci libere
luci ostruite
70
Condizione di insicurezza
Condizione di sicurezza
60
50
Se le luci sono ostruite le
soglie si abbassano
indipendentemente dalla
durata di precipitazione
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
durata precipitazione (h)
6
7
I valori riportati sono
intermedi tra le soglie per
la tracimazione del
manufatto di Rivalta e le
curve di Cati
Tracimazione delle Arginature di Rivalta
Valutazione del Periodo di Ritorno
Metodo proposto nel progetto VAPI (VAlutazione delle Piene in Italia)
dal Gruppo Nazionale Difesa Catastrofi Idrogeologiche
900
altezza di precipitazione (mm)!
Curve di probabilità pluviometrica VAPI
800
T = 1000 a
700
T = 500 a
T = 200 a
600
T = 100 a
500
T = 50 a
400
T = 20 a
T = 10 a
300
T=5a
200
invaso vuoto
invaso pieno
100
0
0
1
2
3
4
5
6
7
durata di precipitazione (h)
8
9
10
Sfioro del Manufatto di Rivalta
Valutazione del Periodo di Ritorno
Metodo proposto nel progetto VAPI (VAlutazione delle Piene in Italia)
dal Gruppo Nazionale Difesa Catastrofi Idrogeologiche
250
altezza di precipitazione (mm)!
Curve di probabilità pluviometrica VAPI
225
T = 1000 a
200
T = 500 a
175
T = 200 a
150
T = 100 a
T = 50 a
125
T = 20 a
100
T = 10 a
T=5a
75
invaso vuoto
50
invaso pieno
25
0
0
1
2
3
4
5
6
7
durata di precipitazione (h)
8
9
10
Tracimazione delle Arginature di Rivaltella
Valutazione del Periodo di Ritorno
Metodo proposto nel progetto VAPI (VAlutazione delle Piene in Italia)
dal Gruppo Nazionale Difesa Catastrofi Idrogeologiche
250
altezza di precipitazione (mm)!
Curve di probabilità pluviometrica VAPI
225
T = 1000 a
200
T = 500 a
175
T = 200 a
150
T = 100 a
T = 50 a
125
T = 20 a
100
T = 10 a
T=5a
75
luci libere
50
luci ostruite
25
0
0
1
2
3
4
5
6
7
durata di precipitazione (h)
8
9
10
Propagazione dell’Onda di Piena
HEC-RAS, U.S. Army Corps of Engineers
crostolo
Plan:
1) Plan_72
8/26/2009
Crostolo Rivalta-A1
54
Legend
WS Max WS
Ponte del Tondo
Ground
52
Elevation (m)
Left Levee
Right Levee
50
48
46
3200
3400
3600
3800
4000
4200
Main Channel Distance (m)
Portata pari a 260 m3 s-1 in uscita dalla cassa di Rivalta.
Conclusioni
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 s1
Qin ≥ 494 m3 s1
d=3h
he ≥ 66 mm
ie ≥ 22 mm h1
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 s1
Qin ≥ 586 m3 s1
d=3h
he ≥ 78 mm
ie ≥ 26 mm h1
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 s1
Qin ≥ 2300 m3 s1
d=3h
he ≥ 308 mm
ie ≥ 102 mm h1
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 s1 per Qin = 410 m3 s1 in ragione di un minore volume immagazzinabile. Il valore Qin = 410 m3
s1 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 Qin = 501 m3 s1. Pertanto, per le precipitazioni considerate da Susin,
l’evento Qout = 270 m3 s1, e quindi anche l’evento Qout = 262 m3 s1, ha un periodo di ritorno T < 100 a.
Ulteriori Considerazioni
• 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 1998
Criteri 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
450
- piani di laminazione
400
350
• Gestione delle piene artificiali
- Pista ciclabile
- Parco del Crostolo
- Centri abitati
P or tata ( m 3/s)
300
250
200
150
100
50
0
03:00
Rivalta-Pool.P_2PA_C4H-0.Flow-IN.15MIN
Rivalta-Pool.P_2PA_C4H-0.Flow-OUT.15MIN
06:00
09:00
12:00
01May2009
15:00
Quadro Normativo
•Circolare P.C.M. 19 Marzo 1996
Il 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 2004
Le 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 remoto
Campagna 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
Piezometri sul rilevato arginale
Destra
Sezione
n°
1
Piezometro
Sonde
Centraline
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 (2 canali)
5
P1A
P1B
P2A
P2B
P2C
P3A
P3B
P4A
P4B
P5
6
P6
11
1 (8 canali)
7
P7A (11)
P7A (18)
P7B
P7C
P8A
P8B
12
13
14
15
16
17
17
1 (4 canali)
2
3
4
Sinistra
8
Totale
Note
1 (3 canali)
1 (2 canali)
1 (2 canali)
1 (8 canali)
I canali liberi saranno utilizzati
per i piezometri sotto platea
I canali liberi saranno utilizzati
per i piezometri sotto platea
1 (2 canali)
8
4
1
1
2
da
da
da
da
2
3
4
8
canali;
canali;
canali;
canali
Piezometri in platea
• 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
Destra
Sezione
n°
1
Piezometro
Sonde
Centraline
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1 (2 canali)
5
P1A
P1B
P2A
P2B
P2C
P3A
P3B
P4A
P4B
P5
6
P6
11
1 (8 canali)
7
P7A (11)
P7A (18)
P7B
P7C
P8A
P8B
12
13
14
15
16
17
17
1 (4 canali)
2
3
4
Sinistra
8
Totale
Note
1 (3 canali)
1 (2 canali)
1 (2 canali)
1 (8 canali)
I canali liberi saranno utilizzati
per i piezometri sotto platea
I canali liberi saranno utilizzati
per i piezometri sotto platea
1 (2 canali)
8
4
1
1
2
da
da
da
da
2
3
4
8
canali;
canali;
canali;
canali