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Comitato Indirizzo PermanenteFacoltà di Ingegneria di Roma 3

Ing. Paola Galliani 11

Gli invasi Artificiali e la gestione

Paola GallianiISPRA

Istituto Superiore per la Protezione e Ricerca Ambientale

11 marzo 2013



Parte prima: Ing. Paola Galliani

• Invasi artificiali, la loro classificazione, la competenza delMinistero delle Infrastrutture e dei Trasporti, gli elementiconoscitivi sul loro dimensionamento.

• benefici indotti sul territorio.

Parte seconda: Ing. Angelo Felli

• Interrimento degli invasi artificiali.• Progetti di gestione.



Sommario

E’ obiettivo di questa presentazione fornire un quadro sugli invasiartificiali, la loro classificazione, le principali definizioni, i principalielementi e grandezze di una diga, la tipologia.

In particolare per i grandi invasi, di competenza del Ministero delleInfrastrutture e dei Trasporti verrà fornito un quadro sulla lorosuddivisione nel territorio nazionale distinto per regione, per età mediadella costruzione, per ufficio periferico e per volume d’invaso.

Per gli invasi verranno forniti elementi conoscitivi sui benefici indotti sulterritorio per effetto della laminazione delle piene



Dighe per la gestione delle risorse idriche

E’ fondamentale la presenza sul territorio di invasi per la gestione delle risorse idriche. In Italia sono state realizzate 539 grandi dighe di competenza del Ministero Infrastrutture e Trasporti e oltre 10.000 invasi di piccole dimensioni di competenza delle Regioni, delle Province e di altri Enti. Detti invasi permettono di invasare oltre 9 Mld m3;vi sono poi altri serbatoi in costruzione, che dovrebbero portare la capacità totale a 10,5 Mld m3.



Gli Uffici Tecnici per le Dighe, coordinati dalla Direzione generale per le dighe presso il Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, svolgono funzioni di controllo e vigilanza sulla sicurezza delle dighe, con altezza maggiore di 15 metri oppure con volume di invaso maggiore di 1.000.000 di metri cubi.

I 9 Uffici Tecnici per le Dighe svolgono, sulle dighe di competenza, periodici sopralluoghi ed espletano attività di raccolta di dati e di informazioni, relative alle misure di controllo condotte sugli impianti. Gli Uffici forniscono anche supporto tecnico in occasione di scenari di emergenza che coinvolgano la sicurezza delle dighe, nonché consulenze ad altri Enti pubblici in merito al controllo di dighe di altezza o volume di invaso inferiori ai suddetti parametri.

UTD TOUTD MIUTD VEUTD FIUTD PGUTD NAUTD CZUTD PAUTD CA



RegioneGrandi Dighe

Età media

PIEMONTE 60 70VALLE D'AOSTA 8 72LIGURIA 12 80LOMBARDIA 78 68EMILIA ROMAGNA 21 68TRENTINO ALTO ADIGE 37 56VENETO 18 63FRIULI VENEZIA GIULIA 12 60

Introduzione : quadro nazionale “grandi dighe”

RegioneGrandi Dighe

Età media

TOSCANA 52 54MARCHE 17 54UMBRIA 13 45LAZIO 21 65ABRUZZO 14 55MOLISE 7 33SARDEGNA 58 48CAMPANIA 17 43PUGLIA 9 30BASILICATA 14 38CALABRIA 24 40SICILIA 47 40Tot. 539 dighe – età media 57 anni



0

100

200

300

400

500

600

1900 1920 1940 1960 1980 2000

ANNO DI COSTRUZIONE

N. P

RO

GR

. DIG

HE

Sono 539 le dighe in esercizio di competenza della D.G. Dighe

• 75 % collaudate• 25 % in invaso sperimentale

LE DIGHE IN ITALIA



A. Dighe murarie: a. a gravità;

1. ordinarie; 2. a speroni, a vani interni;

b. a volta; 1. ad arco; 2. ad arco-gravità; 3. a cupola;

c. a volte o solette, sostenute da contrafforti. B. Dighe di materiali sciolti;

a. di terra omogenee; b. di terra e/o pietrame, zonate, con nucleo di terra per la tenuta; c. di terra permeabile o pietrame, con manto o diaframma di tenuta di materiali artificiali;

C. Sbarramenti di tipo vario; D. Traverse fluviali.

CLASSIFICAZIONE DELLE DIGHE (D.M. LL.PP. 24 marzo 1982)



DIGA A GRAVITA’ ORDINARIA•struttura ad asse planimetrico rettilineo o a debole curvatura, con profilo trasversale fondamentale triangolare a sezioni orizzontali piene

•la resistenza alla spinta dell'acqua - ed eventualmente del ghiaccio ed alle azioni sismiche -è sopportata per effetto del solo peso proprio



DIGA A GRAVITA’ A SPERONI•struttura costituita da una successione di elementi indipendenti (speroni) con profilo fondamentale triangolare, a reciproco contatto lungo il paramento di monte




DIGA AD ARCO

la resistenza alla spinta dell'acqua - ed eventualmente del ghiaccio ed alle azioni sismiche -è sopportata in grande prevalenza per effetto della curvatura longitudinale (arco)



• la resistenza alla spinta dell'acqua - ed eventualmente del ghiaccio ed alle azioni sismiche - è sopportata sia per effetto della curvatura longitudinale (arco) sia per il peso proprio della sezione trasversale (mensola)

DIGA AD ARCO GRAVITA’



DIGA A CUPOLA

• quando la forma ed i rapporti di dimensione sono tali che la reattività elastica e assimilabile a quella di lastra a doppia curvatura.

• la resistenza alla spinta dell'acqua - ed eventualmente del ghiaccio ed alle azioni sismiche - è sopportata per effetto della doppia curvatura longitudinale e verticale



DIGA A VOLTE E CONTRAFFORTIsuccessione di volte o di solette poggiate su contrafforti aventi profilo fondamentale triangolare



DIGA DI MATERIALI SCIOLTI•rilevato formato con materiali sciolti (terra o pietrame)


• Il dispositivo di tenuta è formato con materiali sciolti appropriati (nucleo) ovvero con materiali artificiali (manto di tenuta)



TRAVERSAStruttura di sbarramento costituita da paratoie sostenute da pile che determinano un rigurgito contenuto nell'alveo del corso d'acqua



Tipologia costruttiva delle grandi dighe italiane

muratura68.07%

materiali sciolti25.32%

traverse6.61%

TipologiaVolume invaso

muratura 7022.380materiali sciolti 5393.710traverse 1450.320Totale 13866.410



Grandi dighe italiane confronto percentuale volumi di dimensionamento e numero degli sbarramenti per tipologia costruttiva

0.00

0.05

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0.15

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Trav

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numero digheVolumi dimensionamento



Grandi dighe italianetipologia costruttiva per ufficio periferico

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

mur ter tra mur ter tra mur ter tra mur ter tra mur ter tra mur ter tra mur ter tra mur ter tra mur ter tra

UPMI UPTO UPVE UPFI UPPG UPNA UPCZ UPPA UPCA



Grandi dighe italiane tipologia costruttiva, esercizio ed ufficio periferico

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

muratura terra traversa muratura terra traversa muratura terra traversa muratura terra traversa muratura terra traversa muratura terra traversa muratura terra traversa muratura terra traversa muratura terra traversa

UPMI UPTO UPVE UPFI UPPG UPNA UPCZ UPPA UPCA

Normale Sperimentale Limitato Costruzione Fuori esercizio



Definizioni di principali elementi o grandezze di una diga



PRINCIPALI DEFINIZIONI1. Altezza della diga: è il dislivello tra la quota del piano di coronamento (esclusi parapetti ed

eventuali muri frangionde) e quella del punto più basso della superficie di fondazione (escluse eventuali sottostrutture di tenuta).

2. Quota di massimo invaso: è la quota massima a cui può giungere il livello dell'acqua dell'invaso ove si verifichi il più gravoso evento di piena previsto, escluso la sopraelevazione da moto ondoso.

3. Quota di massima regolazione: è la quota del livello d'acqua al quale ha inizio, automaticamente, lo sfioro degli appositi dispositivi.

4. Altezza di massima ritenuta: è il dislivello tra la quota di massimo invaso e quella del punto più depresso dell'alveo naturale in corrispondenza del paramento di monte.

5. Franco: è il dislivello tra la quota del piano di coronamento e quella di massimo invaso.6. Franco netto: è il dislivello tra la quota del piano di coronamento e quella di massimo

invaso aggiunta a questa la semiampiezza della massima onda prevedibile nel serbatoio.7. Volume totale di invaso: è la capacità del serbatoio compresa tra la quota di massimo

invaso e la quota minima di fondazione; per le traverse fluviali è il volume compreso tra il profilo di rigurgito più elevato indotto dalla traversa ed il profilo di magra del corso di acqua sbarrato.

8. Volume utile di regolazione: è il volume compreso fra la quota massima di regolazione e la quota minima del livello dell'acqua alla quale può essere derivata l'acqua invasata.

9. Volume di laminazione: è il volume compreso fra la quota di massimo invaso e la quota massima di regolazione, ovvero, per i serbatoi specifici per laminazione delle piene, tra la quota di massimo invaso e la quota della soglia inferiore dei dispositivi di scarico.



tenuta e stabilità alla spinta dell’acqua di invaso e agli altri carichi permanenti e

transitoristruttura di sbarramento

utilizzo dell’acqua di invasoderivazione

consentire la vigilanzacasa di guardia

rendere accessibile l’opera accessi (strade, funivie, sentieri, cunicoli, gallerie,...)

evoluzione nel tempo di deformazioni, stati di sforzo, perdite, piezometria, …strumentazione di controllo

abbattimento delle sottopressionidrenaggi

volume utile di invaso, tenuta e stabilitàdelle spondeserbatoio

evacuazione delle piene, vuotamento del serbatoio, ma anche stabilitàscarichi e relativi impianti

tenutaschermo in fondazione

elevata resistenza e bassa deformabilitàroccia di fondazione

PRESTAZIONE RICHIESTA PER L’ESERCIZIO O LA SICUREZZA

ELEMENTI CHECOMPONGONO UNA DIGA



Introduzione: serbatoio artificiale - definizione tecnica

serbatoio: “un dispositivo per trasferire una determinata quantità di acqua da un tempo ad un altro, e precisamente dal tempo in cui la natura la rende disponibile, ma essa è inutile o addirittura dannosa dal punto di vista antropico, al tempo in cui ne diventa necessario l’utilizzo, oppure può esserne effettuato lo smaltimento senza danni” (C. Fassò, 1991)

impianto di ritenuta: il serbatoio artificiale costituito dall’insieme dello sbarramento, delle opere complementari ed accessorie, delle sponde del serbatoio e dell’acqua invasata (schema nuovo regolamento dighe)

invaso: accumulo idrico che si crea attraverso la costruzione e gestione di un manufatto (diga o traversa) in grado di trattenere dell'acqua e di causare il contemporaneo deposito di materiale solido (regolamento dighe Regione Piemonte);



Introduzione: altre definizioni tecnico-normative

• Volume di invaso o capacità di invaso: capacità del serbatoio compresa fra la quota più elevata delle soglie sfioranti degli scarichi, o della sommità delle eventuali paratoie (quota di massima regolazione), e la quota del punto più depresso del paramento di monte, da individuare sulla linea di intersezione tra detto paramento e piano di campagna” (art.1 D.L. 507/94 conv. L. 584/94 e circ. P.C.M. 22806/95, lettera F).

• Volume utile di regolazione o capacità utile dell’invaso: volume compreso fra la quota massima di regolazione e la quota minima alla quale l’acqua invasata può essere derivata per l’utilizzazione prevista (D.M. 24 marzo 1982).

• Volume morto: volume destinato da progetto al progressivo interrimento, in genere compreso tra la quota di fondo più depressa del serbatoio e la quota inferiore delle soglie di imbocco degli scarichi profondi (fondo e/o esaurimento).



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originaria intersezione tra paramento di monte e piano di campagna volu

me

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volu

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vaso

Introduzione: schema definizioni tecnico-normative



LAMINAZIONE DELLE PIENE

L’accumulo temporaneo dei volumi idrici transitanti durante un evento di piena in un invaso artificiale produce una riduzione del valore al colmo dell’idrogramma in uscita rispetto a quello in entrata, configurando il cosiddetto effetto di laminazione della piena.

L'effetto di "laminazione" è quindi ottenuto mediante l'invaso della portata affluente in una parte del volume utile del serbatoio, che quindi incrementa di livello idrico nel serbatoio.Successivamente il volume raccolto viene restituito in un intervallo di tempo più lungo: in questo gioco di invaso e rilascio, l'onda di piena riduce il suo colmo e si appiattisce.

Durante la progettazione devono essere attentamente considerati l'idrogramma di progetto (ovvero la forma e le quantità di acqua che potrebbe affluire), le caratteristiche realizzative del manufatto e degli scaricatori.

A parità di caratteristiche dell’onda di piena entrante, l’effetto di laminazione risulta fortemente influenzato da fattori di tipo morfologico e idraulico, quali l’area del lago, l’area del bacino e le caratteristiche geometriche degli organi di scarico



2g

Le equazioni che reggono il processo di laminazione nel lago a monte delladiga sono l’equazione di continuità

qe(t) – qu(t) = dW(t)/dt

e la legge di efflusso dallo sfioratore di superficiequ(t) = µ · L · h(t)3/2 ⋅

dove qe(t) e qu(t) sono rispettivamente la portata entrante e uscente dal lago al tempo t, W(t) è il volume invasato nel lago al di sopra del ciglio sfiorante nel medesimo istante, h(t) l’innalzamento misurato a partire dal punto più elevato del profilo di sfioro Creager, L la lunghezza dello sfioratore e µ il suo coefficiente di efflusso.



Idrogramma iningressoIdrogramma inuscita

W

W

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La finalità d’uso dell’invaso modificano sostanzialmente la sua modalità di gestione e questo si ripercuote sull’entità delle portate di piena rilasciate a valle. Se l’invaso è destinato unicamente alla laminazione delle piene, di norma esso è dotato di una luce libera in prossimità del fondo e di uno sfioratore superficiale. Questa situazione determina un forte effetto di laminazione, almeno fino al punto in cui il pelo libero non raggiunge la quota degli sfioratori.

Se l’invaso svolge anche funzione di regolazione dei deflussi ai fini delle utilizzazioni, oltre che al controllo delle piene, si possono avere risultati diversi al variare delle regole di gestione, dell’entità del volume riservato per la laminazione delle piene, oltre che dalle leggi di efflusso dalle luci.

Una diga produce comunque un effetto di laminazione



PIANI DI LAMINAZIONE PREVENTIVI

PROGRAMMI STATICI O DINAMICI:devono consentire di rendere disponibile con adeguato anticipo i volumi preventivamente definiti o comunque utili ai fini delle laminazione della piena.

PROGRAMMA STATICOdi breve periodo prevede il mantenimento con continuità e durante i periodi dell’anno valutati critici per il verificarsi di eventi di piena, di una quota di invaso minore della quota di esercizio autorizzata.

PROGRAMMA DINAMICOcioè nel tempo reale, prevede l'esecuzione di manovre preventive e/o nel corso dell'evento in atto da attivare sulla base di previsioni quantitative delle precipitazioni sul bacino a monte e dei conseguenti deflussi attesi all'invaso, nonché sulla base dello stato dell'invaso e della portata territorialmente sostenibile a valle dello stesso.



AUMENTA:•LA VULNERABILITA’ DELLA STRUTTURA (può diminuire le prestazioni dei singoli componenti/materiali rispetto alle previsioni di progetto)

Le fasi di progettazione e costruzione delle dighe introducono ampi margini di sicurezza nella realizzazione delle opere.

Il lungo tempo di esercizio potrebbe ridurre sensibilmente le cautele iniziali e compromettere le prestazioni originarie dei vari elementi che compongono una diga.

ASPETTI DI SICUREZZA

•L’ESPOSIZIONE DEL TERRITORIO (incrementano gli insediamenti a valle)

NEL CORSO DELL’ESERCIZIO AUMENTA IL RISCHIO COMPLESSIVO CHE E’ IL PRODOTTO DEI DUE FATTORI

RISCHIO = VULNERABILITÀ * ESPOSIZIONE

DIMINUISCE:•LA CAPACITA’ UTILE DEL SERBATOIO (interrimento e progetto di gestione)

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