Progetto di una vasca di dissipazione

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Universit degli studi di Trieste Corso di laurea in Ingegneria Civile, curriculum Idraulica

Corso di Sistemazione dei bacini Prof. Elpidio Caroni Relazione:Progettazione di una vasca di dissipazione presso la localit di Valbruna, sul fiume Fella

Bottazzini Stefano Email: [email protected]

IntroduzioneIl fiume Fella nasce nei pressi di Valbruna dall'unione di alcuni altri torrenti minori, il pi importante dei quali il torrente Saisera, per raggiungere una lunghezza complessiva di 54 km. All'inizio, e quindi per tutto il tratto riguardante la Valcanale, tra le sorgenti e Pontebba, le sue caratteristiche sono quelle tipiche del torrente alpino con profondit che oscillano tra i 50 e i 100 cm. Da Pontebba a valle, lungo il Canal del Ferro, anche per l'apporto di numerosi affluenti, si trasforma rapidamente in un fiume, sempre con caratteristiche simili ad un gran torrente. Il letto si allarga, il corso si divide in pi rami e diviene piuttosto accidentato. Il greto caratterizzato da un fondale a ciottoli medio-piccoli di un bianco che si nota molto rispetto quello di tanti altri fiumi. Da qui ha avuto origine il nome del corso d'acqua, nei tempi remoti detto Fellach (tedesco) con origine prelatina e slovena Bela,dal significato di bianco,luminoso,limpido.

Nei pressi del comune di Venzone, il fiume confluisce nel Tagliamento, del quale costituisce il principale affluente. Pur con acque sempre perenni, il Fella ha regime strettamente torrentizio risentendo in maniera consistente dell'andamento delle precipitazioni. Non di rado d luogo a piene improvvise, che mutano continuamente la fisionomia del suo ampio greto ciottoloso.

A tale proposito ci si propone di realizzare una vasca di dissipazione collocata a sud dell'autostrada A-23 e a nord della rete ferroviaria, in grado di contenere tali piene e cos da salvaguardare le infrastrutture, concepita considerando un tempo di ritorno di 50 anni. Lo spazio nel quale sar collocata l'opera non si estende per una distanza superiore ai 500 m, con quota a monte pari a 804 m s.m.m e quota a valle della vasca pari a 796 m s.m.m. Ci si avvale dei seguenti dati: carta IGM 1:25000 dell'area di interesse dati del pluviometro situato a Tarvisio

mediante l'elaborazione statistica dei dati dei pluviometri possibile valutare la portata massima relativa al corso d'acqua ed quindi possibile infine approssimare un dimensionamento.

Caratteristiche morfometriche del bacinoAvvalendosi della carta IGM 1:25000 in formato raster, seguendo l'andamento del corso d'acqua e delle curve di livello, possibile definire le linee spartiacque e quindi definire il bacino di interesse che confluisce all'opera. Si sono cos definiti:DATI BACINO AREA PERIMENTRO LUNGHEZZA DEL BACINO LUNGHEZZA ASTA PRINCIPALE LUNGHEZZA TOTALE RETE DRENANTE DENSITA' DI DRENAGGIO 11,54 19,54 1,43195 0,38136 10,49612 0,909543 km Km Km Km Km Km-12

Per quanto concerne i parametri altimetrici, si provveduto a definire la quota media e la curva ipsografica, in modo da conoscere la variazione della superficie del corso d'acqua in funzione della quota rispetto al medio mare. Realizzare ci significa valutare le aree comprese tra due curve di livello successive. La quota media del bacino stata quindi ricavata come:= 1

dove: S, superficie totale del bacino calcolata come sommatoria delle superfici parziali comprese tra due curve di livello successive; Si, superficie parziale i-esima; Zi, altitudine media della superficie Si;

Definendo cos infine i seguenti parametri altimetrici:Z0 Zmax Zm PARAMETRI ALTIMETRICI QUOTA DELLA SEZIONE DI CHIUSURA QUOTA MEDIA DEL BACINO QUOTA MASSIMA DEL BACINO [m] [m] [m] 793 1046 1724

Curva Ipsografica1700 1500 1300 1100 900 700 0 2 4 6 8 10 12

Ordinamento della rete secondo Horton-StrahlerIl bacino idrografico pu essere considerato come una serie di canali o di collettori di vario ordine, variamente connessi l'uno all'altro, a ciascuno dei quali asservita un'area drenante; in particolare si sviluppa sul piano come un grafo ad albero orientato che pu essere variamente ordinato da monte o da valle. Assumendo lo schema di Horton-Strahler (1964) si organizza tale reticolo da monte, assumento: rami sorgente aventi ordine 1; confluenza di due rami aventi stesso ordine in un nodo d origine ad un'asta di ordine n+1; confluenza di due rami aventi diverso ordine in un nodo, d origine ad un'asta avente ordine pari al maggiore delle due; l'ordine del bacino corrisponde a quello del canale con ordine maggiore;

tale ordinamento parte dall'ipotesi che il grafo sia biforcato, cio presuppone che in un nodo non convergano pi di due rami, assunzione che suffragata dai casi reali. Si riportano inoltre le principali definizioni utilizzate: nodo: punto di confluenza di due rami; canale: tratto compreso tra due nodi successivi; sorgenti: canali elementari che originano, alle estreme propaggini, il bacino;

Da questo ordinamento si possono quindi ricavare i seguenti parametri relativi ai vari canali e ordini, mediante i quali verificare poi le tre leggi di Horton:CANALI DI ORDINE 1 somma 12462,83 media 0,655938 max 1498,2 Ln lungh.media -0,42169 Ln num.canali 2,944439 numero canali 19 CANALI DI ORDINE 2 somma 7655,15 media 1,53103 max 2299,84 Ln lungh.media 0,425941 Ln num.canali 1,609438 numero canali 13

CANALI DI ORDINE 3 somma 4413,07 media 2,206535 max 2303,68 Ln lungh.media 0,791423 Ln num.canali 0,693147 numero canali 4

CANALI DI ORDINE 4 somma 381,37 media 0,38137 max 381,37 Ln lungh.media -0,96399 Ln num.canali 0 numero canali 1

Le leggi di Horton (1923) forniscono tre relazioni tra l'ordine dei rami e il loro numero, la loro lunghezza media e l'area da essi drenata, defininendo tre relativi valori: Rapporto di biforcazione, RB Rapporto delle lunghezze, RL Rapporto delle aree, RA

Prima legge di Horton: Rapporto di biforcazione, RB Si riporta di seguito la formulazione della prima legge definendo: = max(), ordine di bacino = rapporto di biforcazione, costante e indipendente dall'ordine =

ln

In questo caso il rapporto ha valore pari a Rb=2,65; che nel grafico sottostante indica la pendenza della retta.

= ln

Prima legge di Horton3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 -0,5 0 1 2 3 4 5 Lineare (Valori sperimantali) Valori sperimantali y = -0,975x + 3,7492 R = 0,97842

Seconda legge di Horton: Rapporto delle lunghezze, RL Allo stesso modo si deduce il valore di Rl, come rapporto tra le lunghezze medie dei canali di ordine (+1 con quelle dei canali di ordine (); indicando:

ln

=

=Rapporto delle lunghezze, costante e indipendente dall'ordine =lunghezza media dei canali appartenenti a quell'ordine + ln

si ottiene cos un rapporto delle lunghezze pari a pendenza della retta raffigurata.

= 1 ln

=1,59 rappresentante la

Seconda legge di Horton1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 -0,2 0 -0,4 -0,6 Valori sperimantali 1 2 3 4 5 Lineare (Valori sperimantali) y = 0,4631x - 0,7087 R = 0,9092

Terza legge di Horton: Rapporto di aree, RA Il rapporto fra le aree drenate dal corso d'acqua si ricava con formulazione analoga alle precedenti, avvalendosi dei valori precedentemente dedotti; si definiscono inoltre: =

=Rapporto delle aree, costante ed indipendente dall'ordine dei canali =

= ordine massimo della rete1 1

Mediante cui si deriva

=2,94 .

Elaborazione dei dati pluviometriciAnalisi probabilistica dei dati I dati pluviometrici forniti dalla stazione di Tarvisio forniscono i valori massimi annui di pioggia in [mm] per determinati valori di tempo: 1;3;6;12;24 ore. Avvalendosi dell'analisi probabilistica fornita da Gumbel, detta anche del doppio esponenziale, dai valori dell'evento metereologico si in grado di risalire alle diverse curve di possibilit pluviometrica riferite a prestabiliti tempi di ritorno (TR), indicanti l'intervallo di tempo con cui l'evento potr riverificarsi. Si pu quindi definire il valore della portata al colmo che si realizza nell'area di bacino, rispetto alla quale poi progettare l'opera. Nel dettaglio si assume:= = =,

dove:

= valore medio = deviazione standard

=

,

e per la stima dei parametri e u si fatto ricorso al metodo dei momenti, che risulta molto agevole in quanto richiede di conoscere solo i valori di media () e la deviazione standard () agevolmente ricavabili per ogni durata di pioggia fornita dai dati pluviometrici. Si cos in grado di definire la funzione di probabilit cumulata; inoltre essendo noto il tempo di ritorno da considerare (TR=50 anni) si pu risalire:= 1

= ln ln 1

Quindi applicando tali formule ai diversi tempi di pioggia si p dedurre la curva di possibilit pluviometrica (LSPP), definita come: =

dove:

log

=altezza di pioggia per un determinato tempo di pioggia t= durata dell'evento a,n= parametri = log + log

l'equazione riportata in funzione logaritmica (assunta base 10):

Note M coppie di valori (h,t), nel caso in esame M=5, i parametri A,n si possono stimare approssimando la retta dell'equazione con la retta di interpolazione dei minimi quadrati. Tale retta quella che minimizza la somma dei quadrati delle distanze tra la retta stessa ed i punti intividuati dalle 5 coppie M di valori noti.= log log log log log log log log

=

log log

log log log

Stimati i parametri possibile determinare i valori h delle altezze di pioggia per diversi tempi di durata dell'evento, con il prestabilito tempo di ritorno, ottenendo cos le stime di seguito riportate:durata(ore) media, dev. Stand, TR=50 y q(TR50) M=5 logt logh h 1 36,8 6,70831 0,191255 33,78309 0,98 3,901939 34,52936 3 51,8 10,74163 0,119442 46,9692 0,98 3,901939 47,43525 6 71,8 13,3641