Incontro di studio Il dragaggio portuale – Club Nautico di Senigallia

17 Ottobre 2015

Fenomeni fisici e strumenti ingegneristici per la valutazione dell’insabbiamento portuale

Club Nautico di Senigallia – 17 Ottobre 2015 – Senigallia, Italy

Ing. Alessandro Romano*

(*) “Sapienza” Università di Roma, DICEA, Via Eudossiana 18, 00184 Roma, Italy, alessandro.romano@uniroma1.it

Indice

• Introduzione;

• Fenomeni idraulici costieri;

• Strumenti ingegneristici di valutazione dell’insabbiamento e misure di mitigazione; • Casi studio.

L’insabbiamento portuale è il risultato di un progressivo processo di deposito di sedimenti (SEDIMENTAZIONE) sui fondali portuali: • deposizione di ghiaia o sabbia (“insabbiamento”) d > 0.1 mm • deposizione di limo o argilla (“interrimento”) d < 0.1 mm

L’insabbiamento portuale: Definizione

Problematiche differenti per i porti mediterranei rispetto ai porti oceanici a grande sviluppo di marea. Nel porto di Rotterdam il volume medio annuo di dragaggio e di circa 10 mln m3 e il costo di dragaggio è dell’ordine di 20 mln di euro. Essendo il volume di traffico dell’ordine di 300 mln di t, il costo del dragaggio per tonnellata movimentata è dell’ordine di 0,07 euro/t.

Porti mediterranei

Porti a grande sviluppo di

marea Forzanti Onde Onde, marea

Tipologia sedimento

Non coesivo Coesivo e non coesivo

Volumi (m3/anno)

104 105-106

L’insabbiamento portuale

L’insabbiamento portuale

L’impatto delle opere portuali sulle spiagge adiacenti (problema ambientale).

L’impatto del trasporto solido sul porto ovvero l’insabbiamento portuale (problema gestionale per il porto). Anche questo problema può avere implicazioni di tipo ambientale perché il dragaggio portuale può porre problemi di qualità del materiale che può essere contaminato da agenti inquinanti (idrocarburi, sostanze organiche, ecc.).

Margherita di Savoia

Saline Ioniche

L’insabbiamento portuale: Cause La causa dell’insabbiamento portuale va ricercata nelle dinamiche di trasporto solido costiero dovuto alle correnti litoranee causate dal moto ondoso frangente.

Fenomeni idraulici costieri

[da Svendsen 2000]

Fenomeni idraulici costieri

Trasporto longitudinale

(Longshore)

evoluzione a lungo termine

causate da condizioni idrauliche medie

x

y

x

y

media netta ortogonale alla riva media netta parallela alla riva

Trasporto trasversale

(Cross-shore)

evoluzione a breve termine

causata da condizioni idrauliche estreme

Linea dei frangenti Linea dei frangenti

Trasporto di sedimenti

estremamente modesto

Trascurabile per applicazioni

ingegneristiche

Trasporto di sedimenti

FASCIA ATTIVA

Surf zone

L’idrodinamica costiera costituisce il “motore” del processo di trasporto solido

Fenomeni idraulici costieri

S S Surf zone

Hb, αb

S = trasporto dei sedimenti longitudinale S = f (Hb,αb)

V

Porto Linea dei frangenti

Q = f [H, V]

Zone di sedimentazione

Zone di erosione

Direzione del trasporto solido longitudinale Canale di accesso

Interessato dalla sedimentazione

Fenomeni idraulici costieri Direzione del trasporto solido longitudinale

Linea di riva al tempo t=0 Linea di riva al tempo t = t* senza porto (opzione 0)

Linea di riva al tempo t = t* con porto

Fenomeni idraulici costieri

Effetto di un porto giapponese su spiagge adiacenti

Trasporto solido litoraneo

Margherita di Savoia, Italia

Trasporto solido litoraneo

Saline Ioniche, Italia

Trasporto solido litoraneo

Saline Ioniche, Italia

Trasporto solido litoraneo

“Porto-canale”

L’insabbiamento portuale: influenza della geometria del porto

Porto a bacino Porto a moli convergenti

[da De Girolamo et al. 2001]

L’insabbiamento portuale: influenza della geometria del porto

Metodi di indagine I metodi di indagine per la valutazione dell’insabbiamento portuale sono: • Consultazione database esistenti;

• Rilievi e monitoraggi (dati di campo);

• Modellistica fisica e numerica.

Provare a comprendere il sistema fisico basandosi sui dati di campo esistenti: realizzare nuove campagne di campo solo se i dati esistenti non sono sufficienti (ma non risparmiare sulla realizzazione di nuovi rilievi!) Provare a stimare gli effetti morfologici delle opere basandosi su metodi semplici (rules of thumbs, modelli semplificati, modelli analogici, comparazione con casi simili altrove) Utilizzare modelli dettagliati per un affinamento e per la determinazione delle incertezze (analisi di sensitività per ricercare i parametri più significativi)

Metodi di indagine

Misure parametri meteomarini e correntometriche

• Escursione verticale di marea (micro<1m; 1<meso<4m; macro>4m)

• Velocità delle correnti in posizioni fisse

• Misure di portata in/out nei canali d’accesso • Profili di velocità di corrente (ADCP)

Morfologia • Rilievi batimetrici nel tempo • Rilievo delle forme di fondo • Calcolo dei volumi erosi/depositati a partire dai dati

batimetrici • Dragaggi (volumi, planimetrie di escavo, etc.)

• Direzione dominante dei venti e delle onde • Frequenza e intensità degli eventi estremi

Ripples

Boa ondametrica direzionale ADCP

Metodi di indagine: Misure di campo

Metodi di indagine: La modellazione fisica

Porto di Civitanova Marche (Estramed 1995) scala orizzontale: 1:150, scala verticale 1:69

Modelli 2D: Evoluzione di profili di spiaggia, erosione di dune, evoluzione di forme di fondo, erosione al piede di strutture, efficacia e risposta a eventi estremi di un ripascimento Modelli 3D: Trasporto solido longitudinale indotto da attacco ondoso obliquo, effetti di una struttura costiera sui litorali adiacenti, formazione di barre sabbiose, shoaling nei canali d’accesso e nei porti, formazione di ripples , erosione al piede di strutture

Costi orientativi: Modello a fondo mobile, vasca 20x20m scala 1:50 – 1:100 200.000-250.000 €

Per studiare la sedimentazione è necessario usare

modelli 3D (in vasca)

Metodi di indagine: La modellazione numerica

Modellazione numerica 2DH o 3D delle forzanti meteomarine (modello d’onda + modello idrodinamico) accoppiata ad un modello di trasporto solido e morfodinamica.

Delft3D

Marina di Carrara, Italia

ATTIVI PASSIVI

• Pompaggio acque in uscita • Dragaggi • Sistemi di bypass fissi

• Geometria dighe • Trappole sedimentarie • Pennelli “intercettatori”

Misure di mitigazione: Tipologia degli interventi

Canale di accesso

Linea dei frangenti durante le mareggiate frequenti

Linea dei frangenti durante le mareggiate estreme

Si verifica sedimentazione del porto e del canale di accesso

Per ovviare al problema occorre spostare verso il largo l’imboccatura portuale ovviamente aumentano i costi delle opere esterne

Misure di mitigazione: Geometria dei moli

Svantaggi: • Elevato costo delle opere • Impatto rilevante sui litorali adiacenti

Benicarlò Fuengirola

Marbella La Duquesa (Malaga)

Misure di mitigazione: Interventi di contenimento

COMA-RUGA (Tarragona)

SEGUR DE CALAFELL (Tarragona)

Misure di mitigazione: Interventi di contenimento

Soluzioni ingegneristiche: Dragaggio e bypass

ISPRA – Ministero dell’Ambiente:

MANUALE PER LA MOVIMENTAZIONE DI SEDIMENTI MARINI (2007)

MODALITA’ DI PRESENTAZIONE DELLA DOMANDA DI AUTORIZZAZIONE AL DRAGAGGIO E DOCUMENTAZIONE DA ALLEGARE

CAMPIONAMENTO, CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI DA DRAGARE E CRITERI DI GESTIONE

PROCEDURE ANALITICHE RELATIVE ALLA CARATTERIZZAZIONE DEI SEDIMENTI

ATTIVITA’ DI DRAGAGGIO, TRASPORTO E DEPOSIZIONE DEI MATERIALI NEI DIFFERENTI AMBIENTI MARINI O COSTIERI E GLI SPECIFICI PIANI DI MONITORAGGIO PROCEDURA D’URGENZA

SCHEDA DI BACINO PORTUALE

Direzione del trasporto solido longitudinale

Draga aspirante-refluente

Tubazione flessibile galleggiante Tubazione fissa Punti di immissione della miscela di acqua e sabbia

Punti di restituzione della miscela di acqua e sabbia

Zone di sedimentazione

Canale di accesso

Soluzioni ingegneristiche: Dragaggio e bypass

BUGGERRU

Caso studio: Buggerru

Flusso attraverso l’imboccatura

Il trasporto è diretto da Nord a Sud, è quantificabile in 146.000 m3/anno , e vi contribuisce anche il materiale scaricato dalle attività minerarie nelle vicinanze (circolo rosso)

N

L’intrappolamento del trasporto solido longitudinale è la causa principale dell’insabbiamento

(Ritossa et al, PIANC 2008)

Caso studio: Buggerru

Accrescimento della spiaggia

Sedimentazione

1980

1985

Caso studio: Buggerru

Accrescimento della spiaggia

Sedimentazione

1986

1998

1980

1985

Caso studio: Buggerru

Sedimentazione per Tracimazione delle onde Flusso attraverso l’imboccatura

monitoraggio BREAKWAT

Azione eolica

DELFT 3D

Caso studio: Buggerru

Intrappolamento del trasporto solido litoraneo

Modello morfologico 3D: Delft3D

Corrente presso l’imboccatura: 8-10 m3/h

Insabbiamento: 5.000 m3/anno

Caso studio: Buggerru

Grazie per la Vostra attenzione!