Ampliamento della base militare di
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Ampliamento della base militare di
2009 - 2010 Campagna di monitoraggio dei canali Santa Gilla e San Bartolomeo – Cagliari nell’ambito degli Studi di settore del nuovo Piano Regolatore Portuale, riguardanti le caratteristiche idrogeologiche ed idrauliche dei corsi d’acqua e l’inquadramento idrogeologico, geologico e geotecnico dell’ambito portuale. Obiettivo del presente lavoro è stato quello di monitorare i canali Santa Gilla e San Bartolomeo che sboccano rispettivamente nell’area occidentale e orientale del porto di Cagliari. In particolare si studia il funzionamento dei canali attraverso misure quantitative di portata, la modellazione numerica idraulica e misure di qualità delle acque e del materiale solido di fondo con l’obbiettivo di caratterizzare il funzionamento idraulico dei due canali e determinare una stima dell’apporto solido che questi conferiscono all’area portuale. Le attività svolte hanno permesso di spiegare il funzionamento dei canali in esame quantificando le principali grandezze idrauliche e qualitative della corrente di questi canali a marea, ove il flusso di portata è principalmente determinato (soprattutto nei periodi secchi) in modulo e verso dalle oscillazioni del livello del mare, dovuto alla componente della marea astronomica a cui si somma il contributo delle condizioni meteo marine. Nel caso in esame la massima escursione di marea ha raggiunto circa 60 cm comportando escursioni di velocità media nei canali sempre al di sotto di 0.6 m/s in modulo. Il monitoraggio è stato eseguito mediante il posizionamento, in ogni canale, di un correntometro in grado di misurare i livelli, le velocità e le portate, e di un trasduttore di pressione che permette di misurare i livelli. Proprio per la tipologia di comportamento dei canali (influenzati dai livelli di marea), le misurazioni sono state effettuate con intervalli di 15 minuti in continuo nel periodo tra novembre 2009 e maggio 2010. Questo tipo di misurazioni hanno permesso di cogliere, misurando in contemporanea livelli (in due punti del canale) e velocità, quali fossero le variazioni nel tempo di questi due valori e in particolare di cogliere l’inversione del flusso indotte dalla marea che si presenta con un periodo di 12 ore. Per il calcolo della portata è stato utilizzato il metodo "Area velocity" che ha destato notevole interesse in tempi recenti. Tale tecnica consiste nella determinazione della suddetta grandezza come prodotto dell’area bagnata per la velocità media. In canali aperti tale metodo necessita quindi di due misure separate: quella del livello del flusso (che permette, nota la forma del canale, di valutarne la sezione bagnata) e la misura della velocità media. La tecnica "Area velocity" può essere applicata in corsi d’acqua con alveo irregolare, condotti fognari e canali con sezioni multiple o forme complesse, purché si possa determinare la relazione tra il livello e la sezione. Il successo applicativo di questa tecnica deriva dalla possibilità di misura della portata in condizioni critiche, quali sovraccarico, flusso inverso, condizioni sommerse e condotto pieno. Tra i diversi metodi di misura della velocità a oggi sviluppati, i più affidabili e tecnologicamente avanzati sono i flussometri acustici ed elettromagnetici. I flussometri acustici, usati in questo progetto nei canali S. Gilla e S. Bartolomeo, si basano sul principio secondo cui la velocità di un segnale che si propaga in un mezzo fluido in movimento viene a modificarsi se la velocità che anima la corrente possiede una componente non nulla nella direzione di propagazione del suono. La modellazione numerica idraulica è stata eseguita in moto vario su entrambi i canali, calibrando il modello e validando i risultati sui valori ottenuti dal monitoraggio. Questo modello è stato utile al fine di determinare i livelli, le velocità e dunque le portate, e dunque determinare le caratteristiche dei flussi anche nelle sezioni trasversali dei canali in cui non è stato effettuato il monitoraggio. Ciò ha permesso di valutare le velocità e gli sforzi al fondo utili poi nel modello di trasporto solido per ciascuna sezione idraulica dei canali. L’analisi idraulica condotta si riferisce sia alla considerazione della sollecitazione di marea in tempo secco, sia alla propagazione degli idrogrammi di piena in tempo di pioggia. La modellazione del trasporto solido nei due canali, che sversano le loro acque all’interno delle aree di competenza dell’Autorità Portuale di Cagliari, ha riguardato due aspetti: il materiale in sospensione e la movimentazione del materiale di fondo (fango). Per questo materiale sono state eseguite anche delle analisi di laboratorio (che hanno riguardato anche le acque dei due canali) al fine Fig. 1. Il porto di Cagliari Fig. 2. A destra i correntometri, a sinistra I trasduttori di pressione Fig. 3. Dati osservati di livello e velocità alla sezione 15 del Santa Gilla campionati a 15 minuti (tratto puntinato) e aggregazione del dato con un operatore di media mobile su 6 ore. Fig. 4. Confronto tra i valori di TSS [mg/l] (in blu) e i corrispondenti tiranti (in rosso) misurati al canale San Bartolomeo. di analizzarne la qualità. Nella modellazione del trasporto solido sono state considerate due fasi: in una prima fase sono stati valutati gli apporti di materiale ai canali, mediante una stima dell’apporto dovuto all’erosione del bacino e dovuto alla rete di fognatura che scarica nei canali; nella successiva fase è stata fatta un’analisi del trasporto solido mediante un modello di bilancio del sedimento alla Exner per tratti significativi dei canali in studio che assume come idrogrammi solidi in ingresso quelli innescati dalle portate idriche circolanti. La valutazione dei volumi solidi movimentati per via della sollecitazione della corrente è stata suddivisa in due distinte analisi: una prima in cui si è considerata come unica forzante della corrente la marea, una seconda analisi in cui sono stati considerati idrogrammi per eventi ad assegnata frequenza. Da queste analisi compiute grazie anche ai risultati resi disponibili per tutte le sezioni trasversali dei canali dalla modellazione idraulica, si è visto che la sollecitazione di marea non è in grado di movimentare materiale, a differenza degli idrogrammi a T assegnato. A fianco di questo studio, si è anche analizzato il trasporto solido in sospensione in entrambi i canali, dal quale si evince una forte dipendenza delle concentrazioni dalle condizioni di marea, riscontrando valori maggiori di solidi sospesi in fase di marea discendente (e dunque flusso rivolto verso valle) rispetto ai valori registrati in condizioni di marea ascendente. Anche in questo caso, come già evidenziato per le misurazioni sui livelli e sulle portate, date le particolari caratteristiche del funzionamento di questi canali il monitoraggio dei solidi sospesi è stata effettuata in continuo per periodi di 36 ore. Fig. 5. Confronto tra le portate osservate e simulate alla sezione 15 Santa Gilla Fig. 6. Istogramma dei volumi solidi per il canale San Bartolomeo Committenti: Autorità Portuale di Cagliari Servizi prestati: Studio idraulico monitoraggio e misure del trasporto solido Importo delle prestazioni: € -121.000 Periodo delle prestazioni: 2009-2010