COMUNE DI CAPOLIVERI Capoliveri ALLEGAT… · COMUNE DI CAPOLIVERI Provincia di Livorno STUDIO...

COMUNE DI CAPOLIVERI Provincia di Livorno

STUDIO IDROLOGICO IDRAULICO – allegato 3

a cura del dott. Ing. Filippo Ginanni Il Sindaco: Ruggero Barbetti I Progettisti: arch. Gianni Vivoli e arch. Sergio Seritti Collaborazione: arch. Rosa di Fazio Il Responsabile del Procedimento: arch. Fedrica Messina Il Garante della Comunicazione: dott.ssa Antonella Rossi

Dicembre 2012

REGOLAMENTO URBANISTICO CAPOLIVERI Studio idrologico/idraulico fossi minori – allegato 3

________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________ Dott. Ing. Filippo Ginanni

1

STUDIO IDROLOGICO/IDRAULICO FOSSI MINORI

–

ALLEGATO 3

PREMESSA Il presente studio intende analizzare a scala di bacino le caratteristiche idrogeologiche e sedimentologiche di otto corsi d’acqua, considerati minori, ricadenti nel Comune di Capoliveri. Lo studio in oggetto si propone di rilevare eventuali elementi di rischio idrogeologico, verificando interdisciplinarmente le caratteristiche del bacino, e di individuare, eventualmente, la necessità di interventi di mitigazione di trasporto solido e di messa in sicurezza del territorio.

CARATTERISTICHE DEI BACINI IDROGRAFICI

CARATTERISTICHE MORFOLOGICHE

I bacini in esame hanno un’estensione compresa tra 0,07 kmq e 2,06 kmq e sboccano tutti in mare, nel Comune di Capoliveri, rispettivamente nella spiaggia Margidore (fosso n.1), spiaggia dei Norsi (fosso n. 2), spiaggia del Lido (fosso n.3 - noto come fosso del Mar di Carpisi), spiaggia dello Zuccale (fossi n. 4 e 5), spiaggia di Barabarca (fosso n. 6), spiaggia di Stecchi (fosso n. 7) e spiaggia della Madonna (fosso n.8). Nella tabella seguente si riportano le principali caratteristiche morfologiche dei bacini in esame.


________________________________________________________________________________


2

SIGLA TOPONIMO SUPERFICIE ACCLIVITA’ RETICOLO 1 Margidore

piccolo 0.09 Kmq >25% Lineare

2 Norsi 0.89 Kmq >25% Ramificato 3 Fosso Mar di

Carpisi 2.06 Kmq >25% Ramificato

4 Zuccale 1 0.07 Kmq >25% Lineare 5 Zuccale 2 0.13 Kmq >25% Ramificato 6 Barabarca 0.31 Kmq 15 % - 25 % Ramificato 7 Stecchi 0.20 Kmq 15 % - 25 % Lineare 8 Madonna 0.71 Kmq 20 % - 25 % Ramificato

E’ importante notare che tutti i bacini sono piuttosto ristretti e allungati con la medesima esposizione geografica verso Sud - Sud-Ovest: avranno pertanto, anche nel caso di piogge assai concentrate, idrogrammi di piena contemporanei .

DATI DEL BACINO DEL FOSSO N. 1 area 0.09 km2 perimetro 1.63 km quota massima 60 m s.l.m quota minima 0 m s.l.m

DATI DEL FOSSO N. 1 lunghezza asta principale 0.60 km quota massima 36.4 m s.l.m quota minima 0 m s.l.m pendenza media 6.1 %

DATI DEL BACINO DEL FOSSO N. 2

area 0.89 km2 perimetro 1.55 km quota massima 282 m s.l.m quota minima 0 m s.l.m

DATI DEL FOSSO N. 2 lunghezza asta principale 1. 55 km


________________________________________________________________________________


3

quota massima 282 m s.l.m quota minima 0 m s.l.m pendenza media 18.2 %


DATI DEL FOSSO N. 3 lunghezza asta principale 3.16 km quota massima 274 m s.l.m quota minima 0 m s.l.m pendenza media 8.7 %




DATI DEL FOSSO N. 5 lunghezza asta principale 0.36 km


________________________________________________________________________________


4







DATI DEL FOSSO N. 8 lunghezza asta principale 1.04 km


________________________________________________________________________________


5


CARATTERISTICHE LITOLOGICHE

Nel Comune di Capoliveri si hanno principalmente due gruppi litologici caratterizzanti l’area di monte e quella del litorale. La prima risulta costituita da scisti metamorfici, filladi, anageniti; la fascia costiera si presenta con depositi alluvionali recenti ed attuali, depositi di colmata/palustri, terreni torbosi. Tali indicazioni sono state considerate per la valutazione del coefficiente di infiltrazione del terreno, utilizzato per il calcolo della portata di progetto. Più approfondite analisi sono comunque state affrontate nello studio geologico del dott. Mauro Ceccherelli. ANALISI DEL REGIME PLUVIOMETRICO

L’analisi del regime pluviometrico si basa sull’osservazione dei dati pluviometrici registrati negli anni e di quelli interpolati dove mancanti. Le stazioni pluviometriche dell’isola d’Elba hanno registrato dati di misura per differenti periodi storici e purtroppo non sempre in modo continuativo. Confrontando le quattordici stazioni storiche dell'isola (di cui però solo quattro significative) che hanno fornito dati e considerando le caratteristiche dei bacini in esame, si è ritenuto di poter assumere come significativa per le finalità di questo studio, la stazione di Portoferraio città, attiva ufficialmente dal 1923 (di fatto dal 1949). La più vicina stazione di Capoliveri ha infatti fornito dati per un numero di anni insufficiente ai fini statistici per cui è stato necessario riferirsi alla stazione di Portoferraio: vista l’esigua distanza tra le due stazioni e considerato che il regime pluviometrico si può ipotizzare di uguali caratteristiche, si ritiene corretto adottare tali dati. Non risultano installate sull’isola d’Elba stazioni automatiche di misura di portata, di livello idrometrico o di velocità dell’acqua.


________________________________________________________________________________


6

CALCOLO DELLA PORTATA DI PROGETTO

METODI DI CALCOLO Il calcolo della portata di progetto è funzione di molte grandezze caratteristiche del bacino idrografico, e le stesse formule impiegate variano a seconda della situazione geomorfologica presente: adottando opportune espressioni matematiche ed impiegando appropriati parametri è possibile stimare il valore di massima portata attesa in una determinata sezione del corso d’acqua in studio. A causa delle naturali incertezze insite nelle stime tecniche idrauliche è opportuno svolgere le operazioni di calcolo con diversi metodi, in modo da poter confrontare i risultati ottenuti e adoperare una scelta a favore di sicurezza. Nel presente studio, vista anche la limitata estensione dei bacini in esame, la valutazione delle portate attese allo sbocco dei corsi d’acqua è avvenuta mediante il metodo cinematico (o razionale). I valori di progetto sono stati individuati in base al confronto dei risultati ottenuti operando a favore di sicurezza. TEMPO DI RITORNO

Le stime tecniche delle portate sono necessariamente associate al tempo di ritorno T r di un certo evento; il tempo di ritorno rappresenta il periodo medio espresso in anni in cui l’evento viene superato una volta sola. Definendo con P la probabilità di non superamento dell’evento si ha che:

T r = 1/(1 – P(x)) dove P(x) è normalmente espressa come una funzione, o distribuzione, di probabilità che associa ad un valore dell’evento (portata, altezza di pioggia) la corrispondente probabilità che non sia superato. METODO CINEMATICO

Il metodo cinematico, proposto da Turazza nel 1880, ed ampiamente utilizzato nella tradizionale prassi tecnica, è particolarmente adatto per bacini di estensione limitata e si basa sul fatto che la portata dipende dalle caratteristiche proprie del bacino sotteso e dall’evento pluviometrico in relazione alla sua durata. S’ipotizza che venga raggiunta la massima portata quando i contributi di tutto il bacino raggiungono la sezione in esame; il tempo necessario affinché questo avvenga è detto tempo di corrivazione o di ritardo.


________________________________________________________________________________


7

La valutazione della portata prevista allo sbocco viene calcolata utilizzando la seguente formula:

Q = hm S C / (tc 3,6) m3/s

dove: hm=altezza media di pioggia in mm=h*Kr Kr= coefficiente di riduzione areale

S=area del bacino idrografico in km2 C=coefficiente di deflusso tc=tempo di corrivazione in ore Il tempo di corrivazione è stato calcolato in ore utilizzando diverse formule disponibili in letteratura (cfr. allegati). I valori adottati sono riportati nella tabella seguente.

FOSSO tc [ore]

1 0.24 2 0.46 3 0.92 4 0.13 5 0.16 6 0.31 7 0.23 8 0.43

Il coefficiente di deflusso C è stato assunto pari ai valori con tempo di ritorno di 200 anni indicati dallo studio di regionalizzazione per bacini prossimi a quelli in esame (C=0.77), essendo stato ritenuto idoneo il metodo adottato e considerando le analogie delle caratteristiche geolitologiche. Per la stima dell’altezza di pioggia attesa hm lo studio si è sviluppato in ambito probabilistico con le curve di possibilità pluviometrica, che esprimono il legame tra l’altezza di pioggia caduta in un punto e la sua durata t, solitamente nella forma semplificata:

h = a t n dove a ed n sono costanti per un certo tempo di ritorno T r .


________________________________________________________________________________


8

Per calcolare le curve di possibilità pluviometrica si utilizza la statistica dei valori massimi annuali delle piogge registrati dalle stazioni pluviografiche pubblicate negli Annali Idrologici. La serie dei suddetti valori relativi ad una certa durata può essere considerata un campione di una variabile casuale; trattandosi di valori massimi si verifica che la legge di Gumbel (distribuzione asintotica del valore massimo) interpreta bene le osservazioni campionarie. La distribuzione di Gumbel, che esprime la probabilità che la generica osservazione risulti minore od uguale ad un valore dato, ha l’espressione:

F x (x ) = P(X ≤x) = P(x ) = exp ( - exp ( - b (x – u ) ) ) dove x rappresenta la variabile casuale coincidente con l’altezza di pioggia massima per una certa durata h ed i parametri b ed u sono rispettivamente una misura della dispersione e della moda. La stima dei parametri può essere fatta con diversi metodi (momenti, minimi quadrati). Utilizzando l’espressione di Gumbel si ottiene l’altezza massima di pioggia attesa probabilisticamente raggiungibile in un certo periodo di anni. Risolvendo il sistema di equazioni sopra viste (F x (x) e T r (x)) si ricava l’espressione dell’altezza di pioggia in funzione del tempo di ritorno. Disponendo i valori di altezza e tempo di ritorno calcolati su un piano bilogaritmico (in ascissa la durata t ed in ordinata altezza e tempo di ritorno) si nota che i punti corrispondenti allo stesso valore del tempo di ritorno tendono a disporsi intorno ad una retta. Quindi ha senso una legge del tipo:

h (t,Tr) = a tn detta curva di possibilità climatica di tempo di ritorno Tr ed esprime per ogni durata t l’altezza di pioggia che cade nel luogo considerato per un certo tempo di ritorno. Un’altra forma comune della curva di possibilità climatica, che è stata utilizzata nel caso in esame, è espressa dalla seguente relazione:

h (t,Tr) = a tn Trm

Essa può essere ottenuta attraverso una regressione multipla a tre parametri. Per la determinazione dei coefficienti a, n, m si sono adottati i coefficienti delle curve di possibilità pluviometrica per durata inferiore ad 1 ora calcolati dallo studio effettuato dal citato PIN per la stazione di Portoferraio città: log a=1.35; n=0.343; m=0.178. Si è infine determinato il valore di portata Q attesa allo sbocco con un tempo di ritorno di 30 e 200 anni.


________________________________________________________________________________


9

FOSSO Q [mc/s] Tr_30 anni

Q [mc/s] Tr_200 anni

Q [mc/s] protez civile Tr_200 anni

1 1,91 2,68 3,97 2 13,13 18,40 29,13 3 19,04 26,69 45,57 4 2,20 3,08 4,27 5 3,87 5,42 7,68 6 2,53 3,54 12,69 7 4,56 6,39 9,38 8 10,86 15,23 23,93

Il valore della portata con tempo di ritorno di 200 anni è infine stato confrontato con lo stesso valore di portata attesa calcolato però con le nuove Curve di possibilità Pluviometrica fornite dall’Autorità di Bacino che hanno comportato nuove stime di altezza media di pioggia. Per la stima dell’altezza di pioggia attesa hm lo studio si era sviluppato in ambito probabilistico con le curve di possibilità pluviometrica, che esprimono il legame tra l’altezza di pioggia caduta in un punto e la sua durata t, solitamente nella forma semplificata:

h = a t n

dove a ed n sono costanti per un certo tempo di ritorno T r . Dunque, per accogliere la richiesta di cui sopra, si è provveduto a sostituire i nuovi valori di a e di n proposti dall’Autorità di Bacino, in modo da calcolare il nuovo valore di pioggia atteso e conseguentemente il valore della portata con tempo di ritorno 200 anni.


________________________________________________________________________________


10

STIMA DEL TRASPORTO SOLIDO La valutazione del regime di trasporto solido di un corso d’acqua si rende necessaria per valutare le condizioni di erosione o deposito che possono caratterizzare alcuni tratti d’alveo. In generale i corsi d’acqua compresi nel territorio comunale di Capoliveri hanno bacini ben vegetati e pendenze di fondo alveo abbastanza contenute: ciò si traduce in una scarsa attività di erosione, convalidata anche dalla stagionalità che caratterizza i fossi dell’Isola d’Elba. In alcuni casi però l’accentuata pendenza di alcuni alvei comporta evidenti processi di erosione e deposito, con movimentazione di materiale anche di grossa pezzatura. Parimenti, a seguito di eventi meteorici con elevati tempi di ritorno si possono mobilizzare rilevanti quantità di materiale solido, sia proveniente dall’erosione d’alveo e/o di bacino, sia in termini di detriti arborei e vegetali. Il problema maggiore legato a tali fenomeni è la diminuzione della sezione utile al deflusso, che nei casi più critici può giungere alla completa occlusione. Per questi motivi è opportuno in fase di risistemazione fluviale valutare la quantità di materiale potenzialmente trasportabile ed individuare gli interventi atti a ridurre il trasporto solido e/o ad arrestarne il cammino. DESCRIZIONE SEDIMENTOLOGICA D’ALVEO Le particelle dei sedimenti sono classificate in base alla loro misura in sei categorie generali: argilla, limo, sabbia, ghiaia, ciottoli e massi. Poiché tali classificazioni sono essenzialmente arbitrarie, possono essere trovati numerose suddivisioni nella letteratura ingegneristica e geologica. La tabella sotto riportata mostra una suddivisione proposta dal comitato sulla terminologia sedimentologica dell’Unione Geofisica Americana (Lane, 1947).


________________________________________________________________________________


11

Intervallo di dimensioni dei sedimenti

Sedimenti millimetri microns pollici Massi molto

grandi 4096 - 2048 160 - 80

Ciottoli grandi 256 - 128 80 - 40 Massi medi 1024 - 512 40 - 20

Massi piccoli 512 - 256 20 - 10 Ciottoli grandi 256 - 128 10 - 5 Ciottoli piccoli 128 - 64 5 – 2.5 Ghiaia molto

grossolana 64 - 32 2.5 – 1.3

Ghiaia grossolana 32 - 16 1.3 – 0.6

Ghiaia media 16 - 8 0.6 – 0.3 Ghiaia fine 8 - 4 0.3 – 0.16

Ghiaia molto fine 4 - 2 0.16 – 0.08

Sabbia molto grossolana 2.0 – 1.0 2000 – 1000

Sabbia grossolana 1.0 – 0.5 1000 - 500

Sabbia media 0.5 – 0.25 500 – 250 Sabbia fine 0.25 – 0.125 250 - 125

Sabbia molto fine 0.125 – 0.062 125 - 62

Limo grossolano 0.062 – 0.031 62 – 31

Limo medio 0.031 – 0.016 31 – 16 Limo fine 0.0016 – 0.008 16 – 8

Limo molto fine 0.008 – 0.004 8 - 4 Argilla

grossolana 0.004 – 0.002 4 – 2

Argilla media 0.002 – 0.001 2 – 1 Argilla fine 0.001 – 0.0005 1.0 – 0.5

Argilla molto fine

0.0005 – 0.00024 0.5 – 0.24

Classificazione dei sedimenti secondo la American Geophysical Union.

La variazione nelle dimensioni delle particelle in una mistura di sedimenti è descritta dalla cosiddetta curva granulometrica, curva cumulativa che esprime la distribuzione della frequenza delle classi dimensionali delle particelle. Comunemente si fa riferimento alla


________________________________________________________________________________


12

dimensione della particella in accordo alla sua posizione sulla curva granulometrica; per esempio, si indica con d40 il diametro del setaccio presso il quale passa il 40% del materiale d’alveo.

I sedimenti fluviali naturali seguono tipicamente una distribuzione log-normale, pertanto le curve granulometriche sono riportate su carta semilogaritmica e vengono usate la media geometrica e la standard deviation geometrica per descrivere la distribuzione. Il valore della media geometrica è calcolato con l’equazione:

1684 ddds ⋅=

La standard deviation geometrica è calcolata dall’equazione

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

16

50

50

845.0dd

dd

gσ

E’ pratica comune usare queste definizioni per la misura media dei sedimenti e per la standard deviation di una mistura anche se la distribuzione non è log-normale. IL TRASPORTO SOLIDO FLUVIALE Il trasporto solido fluviale determina la dinamica dei sedimenti all’interno dell’alveo e comprende i processi di erosione, risospensione, trasporto, deposito, e compattamento dei sedimenti. Questi altro non sono che processi naturali attivi fino da tempi geologici e che hanno determinato la forma del paesaggio attuale terrestre. I principali agenti dinamici esterni del processo di produzione di sedimenti sono acqua, vento, gravità e ghiaccio. A questi si aggiungono eventi eccezionali legati al movimento di terra, frane, colate di fango, terremoti. Tutto ciò al sopraggiungere delle precipitazioni meteoriche confluisce nei corsi d’acqua (con termine inglese si può indicare tale processo come “run-off”), producendo quella che viene definita portata solida. La portata solida è quindi strettamente legata al regime pluviometrico e alle caratteristiche geomorfologiche del bacino, nonché al tipo di copertura e di terreni presenti. Generalmente si possono distinguere due tipologie di trasporto solido: il trasporto solido annuo, legato al regime medio annuo di piogge, e quello eccezionale, condizionato da eventi pluviometrici e geomorfologici particolari.


________________________________________________________________________________


13

In alcuni casi, ed in particolar modo nei bacini di limitata estensione la differenza tra questi due apporti può essere incomparabile. Se da una parte il trasporto solido annuo costituisce una sorta di agente di equilibrio tra il ripacimento del litorale e il dilavamento superficiale dei suoli, dall’altra fenomeni violenti e con alto carico di materiale possono sconvolgere il naturale assetto del corso d’acqua, provocando sovralluvionamenti, occlusioni di sezione ed esondazioni. In questo senso tutto il territorio elbano è potenzialmente soggetto a questo tipo di pericolo, essendo caratterizzato da bacini piccoli, con scarsa attività idrometrica lungo il corso dell’anno, ma esposti a brevi e intense piogge, come avvenuto nel settembre 2002. E’ necessario quindi, al fine di valutare correttamente i volumi di materiale solido movimentabili all’interno del bacino, distinguere le due tipologie di fenomeni di trasporto solido ed analizzarli nel loro contesto. ANALISI DEL REGIME DI TRASPORTO SOLIDO FLUVIALE

In letteratura scientifica sono disponibili diverse formulazioni matematiche che stimano il trasporto solido, provenienti sia da ricerche sperimentali in laboratorio che da studi empirici. Nella progettazione idraulica, come in generale in tutti i settori nei quali la progettazione si basa su modelli del reale, è necessario individuare quelle formulazioni che rispettino le condizioni di applicazione delle leggi utilizzate. Una teoria che vede largo impiego è quella formulata da Schoklitsch: nel caso in esame però essa risulta difficilmente applicabile. Tale metodo infatti prevede la determinazione di una portata detta “critica” (Qcr), per la quale si stima avvenire l’inizio del moto. Il calcolo del volume annuo di materiale trasportato viene quindi effettuato mediante integrazione degli incrementi di portata superiori alla Qcr nell’arco di tempo in cui dura tale condizione. La portata critica è data dalla seguente espressione:

6/72/3

40 /6.0 SDBQcr ∗∗=


________________________________________________________________________________


14

dove: B è la larghezza media dell’alveo riferita alla sezione bagnata;

D40 è il diametro del setaccio dal quale passa il 40% della granulometria d’alveo; S è la pendenza media dell’alveo. Secondo Schoklitsch il passo successivo al calcolo della portata di inizio trasporto solido sarebbe quello di calcolare per quanto tempo, in un anno si ha il superamento di tale portata, in modo da poter calcolare il volume totalmente trasportato con la

[ ]∑ −∗∗=crt

ccrtc kQQKSV0

365 /)(5.1

nel quale compare la curva di durata Q(t) , t in giorni, e il coefficiente correttivo Kc (questo coefficiente è generalmente compreso tra 1.5 e 3.5 in funzione di valori di pendenza decrescenti). Considerando che il tempo di sviluppo dell’idrogramma di piena duecentennale è dell’ordine di qualche ora, si capisce come non abbia senso calcolare una sommatoria su intervalli di giorni. Tale risultato è principalmente dovuto a due fatti:

• ridotte dimensioni del bacino • curva di durata caratterizzata da valori di portata molto bassi

Ciò si riscontra osservando che per la quasi totalità dell’anno i corsi d’acqua sono quasi in secca, se non completamente privi di acqua. L’attività di erosione e deposito è da considerarsi puntuale, in prossimità di curve, restringimenti di sezione, guadi agricoli; nella parti montane l’attività si incrementa, essenzialmente a causa dell’aumentata velocità della corrente, mentre nei tratti della pianura alluvionale si ha il deposito del materiale lungo il percorso. In conclusione è da ritenersi poco consistente il regime medio annuo di trasporto solido fluviale, così come inteso nella letteratura scientifica; fenomeni di trasporto sono auspicabili a seguito di eventi meteorici eccezionali, che mobilitano i modesti apporti annuali, contribuendo saltuariamente ad approvvigionare le spiagge.


________________________________________________________________________________


15

STIMA DEL TRASPORTO SOLIDO A SCALA DI BACINO La stima della quantità di materiale solido trasportabile dal corso d’acqua per erosione superficiale è di complessa valutazione a causa dei numerosi parametri da cui dipende.

CAUSA QUANTITA’TIPO

NATURALE UMANA INTENSITA’ MATERIA

[mm/y]

SISMICA ELEVATA ROCCE ≈ 0.01 ± 1

FRANE CANTIERI ALTA ROCCE 1≈5 ± 5

FIUMI

PIOGGIA CAVE MEDIA SEDIMENTI ≈ 0.1 ±1

ATTRITO MODESTA SUOLO 0.1≈1± 1

MECCANICA

VENTO

GHIACCIAI BASSA ROCCE ≈ 0.1 ± 1

GHIACCIO ALTA ROCCE 0.1≈ 0.1± 1

ANNUALE MEDIA ROCCE 0.01 ≈ 0.1± 1

DIURNA MEDIA ROCCE 0.1≈ 0.1± 1 TERMICA

ESSICAM.

EDIFICI

BASSA SUOLO ≈ 0.01 ± 1

SOLUZIONE BASSA ROCCE 0.1 ≈ 1± 0.1CHIMICA

PRECIPIT. CONCIMI

BASSA ROCCE 0.1≈ 1 ± 0.1

RADICI MEDIA SUOLO ≈ 0.1 ± 1 BIOLOGICA

BATTERI BESTIAME

BASSA SUOLO ≈ 0.1 ± 1

BASSA SCHELET. ≈ 0.01 ± 0.1VITA RIFIUTI

MEDIA MINERALI ≈ 0.1 ± 1

MEDIA CENERI ≈ 0.1 ± 1 RESIDUI

VULCANI FUMI LAVE 1≈ 5 ± 5

Cause di erosione superficiale.


________________________________________________________________________________


16

La tabella soprastante offre un quadro, per quanto possibile completo, della produzione dei sedimenti legata all’origine, che permette indirettamente di valutare il contributo erosivo da una parte e di trasporto dall’altra parte.

Il monitoraggio e la misura di tutti i parametri ambientali, idraulici, geologici, agronomici che sono necessari per poter valutare il fenomeno dell’erosione superficiale dovuta alle precipitazioni meteoriche, run-off, risulta di difficile attuazione su bacini piccoli e privi di adeguata strumentazione. Un mezzo di studio assai efficace per questi problemi è la rappresentazione dei fenomeni e degli interventi a mezzo di modelli teorici, intendendo per essi un insieme di formulazioni matematiche operate a mezzo di fattori che rappresentano una realtà in maniera quanto più fedele e non ambigua possibile. Attualmente in Europa viene utilizzata la Universal Soil Loss Equation o USLE (equazione universale di perdita del suolo) di Wischmeier e Smith [WSU1958], [WIME1973], [Meyer1984]. Tale formula è impiegata per la previsione dell'erosione idrometeorica e considera tutti i fattori dell'erosione. La Universal Soil Loss Equatian USLE è un modello teorico di previsione delle perdite del suolo per erosione idrica laminare e incanalata, per periodi poliennali e in zone definite sotto il profilo dell'uso del suolo e delle tecniche di gestione.

Il modello USLE

La USLE venne sviluppata originariamente a partire dal 1954 presso il National Runoff and Soil Loss Data Center, in collaborazione con la Purdue University (U.S.A.). [USLE1990]. Ulteriori sviluppi e approfondimenti effettuati a partire dal 1965, finalizzati alla messa a punto di alcune tabelle, diagrammi, ecc. in grado di adattare i parametri dell'equazione alle condizioni locali, permisero di estendere l'utilizzo della USLE. Tale equazione va adattata, specialmente per quanto riguarda i fattori R, che esprimono l’aggressività delle piogge, e per il fattore C, indicante le tecniche colturali che dovranno essere verificati per la zona in esame. Questo modello studia le relazioni precedenti per l'erosione idrometeorica escludendo quelle dovuta al vento, al disgelo, allo scioglimento delle nevi. Il modello teorico della USLE si presenta come segue [IDRO1990]:


________________________________________________________________________________


17

A = R · K · LS · C · P

dove i fattori hanno il seguente significato: · A: quantità media di suolo erosa annualmente per unità di superficie espressa in tonnellate per ettaro (ton/ha/anno). Si ottiene moltiplicando i valori dei fattori del secondo termine dell'equazione. · R: fattore di aggressività della pioggia. Caratterizza l'aggressività della pioggia, è misurata dalla sua forza erosiva o energia cinetica (espressa in MJ mm ha-1 h-1 y-1). · K: fattore erodibilità del suolo (espresso in t h MJ-1 mm-1). Esprime l'entità dell'erosione di un suolo rispetto alla "parcella sperimentale standard", cioè un "maggese lavorato a rittochino" con pendenza uniforme del 9% e lunghezza massima di 22,13 m. · L: fattore lunghezza del versante. E’ il rapporto fra la perdita di suolo di un campo avente una determinata lunghezza e quella di un campo con lunghezza 22,13 m, della stessa pendenza e condizioni di suolo. · S: fattore pendenza del versante. E’ il rapporto fra la perdita di suolo di un campo avente una determinata pendenza, e quella di un campo con pendenza 9%, della stessa lunghezza e condizioni di suolo. · C: fattore copertura vegetale e tecniche colturali. E’ il rapporto fra la perdita del suolo di un campo caratterizzato da una determinata copertura vegetale e tecniche colturali e quella di un "maggese lavorato a rittochino" sul quale è stato valutato il fattore K. · P: fattore tecniche sistematorie. E’ il rapporto fra perdita di suolo di un campo sul quale si applicano le tecniche di conservazione del suolo e quella di un campo coltivato secondo la linea di massima pendenza e a solchi rettilinei, sistemazione a rittochino. I fattori R e K sono fattori dimensionali, mentre risultano essere fattori adimensionali L, S, C, P. La moltiplicazione dei fattori R e K è quindi una stima potenziale dell’erosione mentre il prodotto dei restanti fattori costituisce solo un correttivo a tale valore. Si può inoltre osservare che i fattori L ed S rappresentano le caratteristiche topografiche proprie dell’area di studio.

Reperimento degli strati informativi per l’applicazione del modello USLE Frequentemente l’applicazione del modello USLE avviene utilizzando sistemi informativi geografici (GIS), con i quali è possibile discretizzare in parcelle il territorio di studio (DEM) e applicare ad ogni elemento le formulazioni previste. L’applicazione del modello USLE ai bacini in esame risulta possibile nonostante il numero ristretto di dati a disposizione e la loro esigua estensione superficiale. In questo senso il presente lavoro


________________________________________________________________________________


18

vuole fornire attraverso una modellazione numerica un’indicazione quantitativa di un processo la cui interpretazione risulterebbe altrimenti soltanto qualitativa. Fattore R L’indice di aggressività delle piogge viene calcolato per un dato evento come il prodotto fra l’energia cinetica della pioggia (E) e l’intensità massima della pioggia registrata in 30 minuti (I30) e riportata a valore orario. Il valore dell’indice EI30 così ottenuto viene quindi diviso per 100 per ottenere il valore relativo del fattore R di quel dato evento. Il fattore R può quindi essere valutato su base mensile, annuale o come media di più anni. Nel caso in esame si è ritenuto opportuno calcolare un indice R medio utilizzando le serie storiche a disposizione. La mancanza di stazioni con l’intervallo di acquisizione necessario non ha permesso un calcolo diretto di R ed è quindi stata utilizzata una formula sostitutiva (Arnoldus, 1980) basata sul rapporto fra i valori di pioggia annuali e mensili. L’indice è stato calcolato come:

4.17 Σi pi2/P – 152 con i=1…12

dove: pi=pioggia mensile P=pioggia annuale I valori di P e pi sono stati mediati sulle serie storiche a disposizione dal 1991 al 1999 presso la stazione di Capoliveri. Fattore K La determinazione del fattore K è avvenuta utilizzando i due nomogrammi individuati da Wischmeier e Smith (1978), che tengono conto della distribuzione sedimentologica, della presenza di sostanza organica, della struttura del suolo e della permeabilità. Un esempio di calcolo è riportato graficamente.


________________________________________________________________________________


19

Fattore S Le perdite di suolo aumentano proporzionalmente con l’aumentare della pendenza a causa dell’accentuato movimento delle particelle in seguito all’azione di distacco causata dall’impatto con la pioggia ed, in particolar modo, alla crescente velocità delle acque di scorrimento superficiale. La pendenza è stata ottenuta da cartografia ed il fattore S è stato calcolato in base alla funzione (Giordani e Zanchi, 1995):

S=0.065+0.045s+0.0065s2 dove: s=pendenza del versante (%) Fattore L Il fattore L tiene conto della lunghezza degli appezzamenti che viene espressa come distanza compresa tra il punto in cui si origina lo scorrimento ed il punto in cui, per una diminuzione della pendenza, si ha una deposizione di materiale. Il fattore L quindi è stato calcolato secondo la formula (Giordani e Zanchi, 1995):

L=(l/22.13)c dove:


________________________________________________________________________________


20

l=lunghezza del versante c=coefficiente variabile con la pendenza A causa della difficoltà ed arbitrarietà nell’individuare i parametri in questione, i risultati ottenuti moltiplicando i fattori L ed S, sono stati confrontati con il diagramma riportato in figura e utilizzato nella letteratura scientifica, in modo da evitare valori eccedenti il campo di validità.

Valore del prodotto LxS in funzione della lunghezza e della pendenza del versante.

Fattore C Per l’assunzione dell’indice di copertura si è fatto riferimento ai dati presenti in letteratura, di seguito riportati, riguardanti l’indice di coltura. Il valore C è l’inverso dell’indice di coltura.


________________________________________________________________________________


21

Tipo di copertura Simbolo Indice di coltura Vegetazione Foreste dense (senza erosione) 1a 0.9-1.0 Foreste rade (densità 0.3-0.7) con tappeto erbaceo continuo (erosione debole)

1b 0.7-0.8

Foreste rade con tappeto erbaceo discontinuo (degradato)

1c 0.4-0.7

Macchia, gariga, formazioni arbustive o cespugliose, coprenti in modo uniforme il suolo

2a 0.8-0.9

Macchia, gariga, formazioni, degradate 2b 0.4-0.7 Praterie Vegetazione continua di piante perenni 3a 0.8-0.9 Vegetazione degradata 3b 0.5-0.7 Vegetazione molto degradata, in particolare costituita da piante erbacee annuali della regione mediterranea

3c 0.1-0.4

Terreni nudi e terreni dissestati 4 0.0 Terreni coltivati Colture annuali su terreni pianeggianti o sistemati a terrazze o lavorati secondo le curve di livello

5a 0.6-0.9

Colture annuali su terreni non terrazzati, compresi quelli frazionari e polverizzati o lavorati a rittochino

5b 0.2-0.5

Colture di piante erbacee e leguminose poliennali 5c 0.6-0.8 Frutteti e vigneti su terreni terrazzati o pianeggiati 6a 0.7-0.9 Frutteti e vigneti e non terrazzati 6b 0.4-0.6

Valori dell’indice di copertura. Fattore P Il fattore p è quello che esprime la capacità di trattenimento del materiale erodibile in funzione delle tecniche di coltura impiegate. A favore di sicurezza, come spesso viene fatto nell’applicazione pratica del modello, si è assunto per tale parametro il valore 1.


________________________________________________________________________________


22

Risultati

L’applicazione del modello USLE sui bacini in esame ha fornito la valutazione della capacità di erosione e trasporto dell’area presa in esame. Per ogni bacino sono stati calcolati e attribuiti i parametri K, L, S, C. Il fattore R è stato assunto uguale per tutti, non avendo a disposizione misure puntuali all’interno delle sottozone. Il modello ha quindi fornito le seguenti stime:

FOSSO SUPERFICIE [ha] A [t/ha/anno] V [t/anno]

1 0.86 1.176 1 2 8.93 5.04 45 3 20.58 7.056 145 4 0.67 2.856 2 5 1.34 3.696 5 6 3.15 3.696 12 7 1.95 2.016 4 8 7.07 6.048 43

Stime di apporto solido nei bacini in esame. Modello USLE

Osservando i valori della tabella si può notare come i contributi maggiori provengano dalle aree con maggiore pendenza o dove si hanno rimaneggiamenti e lavorazioni del terreno che rendono più facile la movimentazione di materiale solido. Il contributo del tratto vallivo risulta di per sé esiguo: in generale è comunque da tener presente che lungo questo tratto di corso d’acqua si ha il graduale transito fino a mare del materiale reperito a monte, per cui anche se non si ha un apporto diretto di materiale solido, questo transita attraverso l’area. I risultati mostrano come, in generale, sia da ritenersi contenuta l’attività erosiva e quindi di movimentazione di sedimenti lungo tutto il reticolo idrografico, sia essa derivante da sedimenti d’alveo che da materiale proveniente dal bacino.


________________________________________________________________________________


23

CONCLUSIONI Le analisi effettuate sugli 8 bacini presi in esame, prima quelle idrologiche per la determinazione delle portate di piena, poi quelle idrogeologiche per la verifica delle condizioni di trasporto di materiale solido, hanno mostrato come la consistenza delle portate dei corsi d’acqua sia per lo più di modesta entità, così come non particolarmente critici sono i fenomeni di trasporto solido attesi. Andando quindi ad esaminare più nel dettaglio la morfologia dei corsi d’acqua in questione, prendendo la cartografia CTR in scala 1:2.000 si ha la possibilità di individuare le curve di livello con un livello di apprfondimento 5 volte superiore rispetto alla cartografia PAI 1:10.000. Ciò permette di escludere così aree dalle aree al elevata pericolosità aree che risultano a quote superiori ad almeno 2 curve di livello (4 m) rispetto all’alveo: non occorre infatti eseguire particolari rilievi delle geometrie d’alveo per comprendere che per smaltire portate dell’ordine compreso tra 2 e 19 mc/s (quelle con tempo di ritorno di 30 anni), anche ipotizzando basse velocità della corrente nell’ordine di 2-3 m/s si hanno altezze del pelo libero della corrente di massimo 2 m (considerando un alveo ampio almeno 3 m). In base a questo semplice criterio, adottato in via cautelativa, si sono individuate le nuove linee di demarcazione tra aree PIME e aree PIE, riportate nelle 7 tavole 1:2000 allegate.

COMUNE DI CAPOLIVERI Capoliveri ALLEGAT… · COMUNE DI CAPOLIVERI Provincia di Livorno STUDIO...

Documents

Transcript of COMUNE DI CAPOLIVERI Capoliveri ALLEGAT… · COMUNE DI CAPOLIVERI Provincia di Livorno STUDIO...