monitoraggio morfologico e del trasporto solido degli alvei
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monitoraggio morfologico e del trasporto solido degli alvei
Piano Stralcio delle Fasce Fluviali (legge 18 maggio 1989, n° 183 e successive modifiche e integrazioni, art 17 comma 6-ter) Progetto (approvato dal Comitato Tecnico nella seduta del 24 gennaio1996; approvato dal Comitato Istituzionale nella seduta del 5 febbraio 1996) Relazione Annesso: monitoraggio morfologico e del trasporto solido degli alvei Febbraio 1996 Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Relazione Indice Monitoraggio morfologico e del trasporto solido degli alvei .......................................................... 1 Parte I: individuazione delle esigenze di monitoraggio ............................................ 1 Parte I.a: monitoraggio della geometria degli alvei (rilievi di sezioni trasversali e planimetrici) .......................................................................................... 1 Parte I.c: misure di trasporto solido in sospensione e totale ...................................... 7 Parte II: modalità di esecuzione delle misure e caratteristiche delle installazioni fisse....................................................................................................... 9 Parte II.a: rilievi di sezioni trasversali dell'alveo ........................................................... 9 Parte II b: rilievo delle caratteristiche granulometriche dei depositi fluviali ...................... 15 Parte II.c: misure dirette di trasporto solido in sospensione e al fondo ..................... 16 Parte II.d: stazioni di misura fisse del trasporto solido in sospensione...................... 32 Parte II.e: stazioni di misura fisse del trasporto solido al fondo ................................ 34 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Relazione Monitoraggio morfologico e del trasporto solido degli alvei 1. Nei punti che seguono sono specificate le attività di monitoraggio da attuare, in funzione delle esigenze conoscitive dipendenti dalle condizioni dei sistemi indagati e in stretta relazione alle necessità connesse all'attuazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali. Le grandezze oggetto di monitoraggio sono le seguenti: 2. a. sezioni trasversali d'alveo e rilievi planimetrici d'alveo, b. caratteristiche granulometriche dei depositi di fondo alveo, c. caratteristiche del trasporto solido in sospensione e di fondo. Le esigenze di monitoraggio di seguito definite costituiscono gli elementi di base per il controllo della dinamica fluviale del reticolo idrografico principale del bacino; esse possono essere integrate con ulteriori misure che risultino necessarie in relazione a specifiche esigenze connesse alla difesa dai fenomeni di piena e di dissesto morfologico individuati nello sviluppo della sperimentazione. Parte I: individuazione delle esigenze di monitoraggio Parte I.a: planimetrici) monitoraggio della geometria degli alvei (rilievi di sezioni trasversali e 3. Ai fini della programmazione e del coordinamento dei rilievi della geometria degli alvei, finalizzati al monitoraggio delle modificazioni della morfologia fluviale, vengono definite le seguenti tipologie di rilievo in relazione alle caratteristiche morfologiche dei corsi d'acqua e all'importanza degli stessi in termini di bilancio del trasporto solido a scala di bacino. Sezioni d'alveo. Il livello di dettaglio del monitoraggio è descritto nella seguente tabella in funzione del grado di infittimento delle sezioni trasversali (distanza tra sezioni rilevate) e dalla frequenza temporale dei rilievi. Autorità di bacino del fiume Po 1 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Classe 1 (*) 2 3 4 5 6 7(**) Interasse sezioni (m) -2000 - 2500 2000 - 2500 1000 - 1500 1000 - 1500 500 - 1000 Frequenza (anni) -15 10 10 5 5 dopo ogni piena significativa 1(*) corsi d'acqua che non forniscono un contributo significativo al bilancio del trasporto solido; 7(**) per i corsi d'acqua in evoluzione accelerata e per quelli in cui è concessa l'estrazione di inerti. Per tutte le classi indicate può essere previsto un maggiore infittimento dei rilievi, in corrispondenza di punti o tratti di particolare interesse (locali settori di sovralluvionamento/erosione di fondo). Rilievi planimetrici. Si fa riferimento a cartografie fotogrammetriche alla scala 1:10.000 o 1:5.000 estese alla copertura completa della regione fluviale. Il livello di dettaglio del monitoraggio è descritto dalla frequenza degli aggiornamenti del rilievo. Si assumono i seguenti livelli orientativi di frequenza: 1. frequenza minore di 5 anni; 2. frequenza di 5 - 10 anni; 3. frequenza di 10 - 20 anni. La programmazione dei rilievi tiene conto prioritariamente del livello di aggiornamento di quelli disponibili, indipendentemente dalla scala 1:10.000 o 1:5.000. Attualmente sono disponibili rilievi foto restituiti recenti per i bacini piemontesi (1991), meno recenti per quelli lombardi (1982 - 1986) e ancora meno recenti per quelli emiliani (anni 1970). Da ciò la necessità di procedere prioritariamente all'aggiornamento dei rilievi planimetrici per la parte relativa alle aste fluviali (a scala di C.T.R., 1:5000/1:10000), con maggiore urgenza e maggiore frequenza di ripetizione in relazione alla stabilità del corso d'acqua e all'aggiornamento dei rilievi stessi. In base alla situazione di fatto si assumono i seguenti livelli di priorità: 2 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Relazione 1 rilievo da programmare in prima attuazione; 2 rilievo differibile nel tempo. Si sottolinea come tale distinzione risulti valida solo se nel periodo considerato non si verificano fenomeni di piena tali da alterare significativamente la morfologia dei corsi d'acqua. E' questo il caso di alcuni corsi d'acqua piemontesi (Tanaro, Belbo, Bormida, Orba, Orco, Dora Baltea), colpiti negli anni '93 e '94 da due eventi di elevato tempo di ritorno per i quali è auspicabile la restituzione cartografica, almeno parziale (in riferimento ai settori più instabili) del volo aerofotogrammetrico eseguito nel novembre 1994. E' da specificare che l'aggiornamento cartografico deve riguardare esclusivamente la porzione di territorio costituente la regione fluviale. 4. Il programma dei rilievi della geometria degli alvei è definito dalla tab. A.1. nella quale sono indicate per le sezioni d'alveo la tipologia e per i rilievi planimetrici la priorità e la frequenza. La suddetta classificazione tiene conto del grado di stabilità morfologica dell'alveo, dell'aggiornamento dei rilievi disponibili, dell'importanza dell'informazione ai fini della definizione del bilancio del trasporto solido e del controllo delle modificazioni morfologiche. Tab. A.1.: indicazioni per i rilievi della geometria degli alvei dei corsi d'acqua Corso d'acqua Po Po Varaita Maira Tanaro Stura Di Demonte Belbo Bormida Orba Scrivia Tratto Revello - foce Chisola (Torino) foce Chisola (Torino) Pontelagoscuro Ponte località Sant'Antonio confluenza Po Ponte località Tetti confluenza Po Confluenza Stura di Demonte confluenza Po Ponte di Vignolo - confluenza Tanaro Castenuovo Belbo confluenza Tanaro Ponte Strevi - confluenza Tanaro Silvano d'Orba - confluenza Bormida Ponte A.S. di Stezzano confluenza Po Autorità di bacino del fiume Po Sezioni d'alveo Rilievi planimetrici tipologia priorità frequenza 4 (6) 6 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 4 2 1 3 2 2 3 2 1 3 2 1 3 2 2 4 2 2 3 Relazione Trebbia Nure Chiavenna Arda Ongina Taro Stirone Parma Baganza Enza Crostolo Secchia Panaro Tiepido Pellice Chisone Dora Riparia Stura di Lanzo Orco Dora Baltea Sesia Cervo Elvo Agogna Terdoppio Ticino Toce Olona Lambro Adda sottolacuale Adda sopralacuale Brembo Serio Oglio Chiese Mella Mincio 4 Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Rivergaro - confluenza Po Ponte dell'Olio - confluenza Po Vigolo Marchese - confluenza Po Castell'Arquato - confluenza Po Ponte A.S. A1 - confluenza Arda Ponte Fornovo di Taro confluenza Po Sbocco vallivo (Ponte SP) confluenza Taro Ponte Langhirano - confluenza Po Ponte Sala Baganza confluenza Parma Ciano d'Enza - confluenza Po Vezzano sul Crostolo confluenza Po Castellano - confluenza Po Marano sul Panaro confluenza Po Gorzano - confluenza Panaro Confluenza Lusernetta confluenza Po Porte (ponte nuovo) confluenza Pellice Susa (confluenza T. Cenischia) - confluenza Po Ponte di Lanzo - confluenza Po Ponte Cuorgnè - confluenza Po Confluenza T. Grand'Eyvia confluenza Po Ponte F.S. Romagnano Sesia - confluenza Po Cossila (Biella) - confluenza Sesia Ponte di Occhieppo confluenza Cervo Gozzano - confluenza Po Divignano - Cerano Lago Maggiore - confluenza Po Confluenza Isorno (Crevoladossola) - foce Lago Maggiore Olona - Pero Baggero - confluenza Po Ponte Calusco d'Adda confluenza Po Grosio - foce Lago di Como Almenno - confluenza Adda Alzano Lombardo - confluenza Adda Breno - confluenza Po Vobarno - confluenza Oglio Brescia ponte del Cimitero confluenza Oglio Peschiera - confluenza Po 4 4 3 1 1 1 2 2 2 3 1 2 3 1 2 4 1 2 3 1 2 4 1 2 3 1 2 4 2 1 1 2 2 4 4 1 1 1 1 2 4 1 2 2 1 4 2 2 4 2 2 4 2 2 4 2 2 4 2 2 4 2 2 3 2 2 3 2 2 1 1 3 2 2 1 2 2 2 3 2 1 1 1 4 2 1 2 2 2 2 3 3 3 2 2 1 2 2 2 4 3 3 1 1 2 1 2 2 3 2 2 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali 5. Relazione Rispetto ai rilievi sistematici di cui al punto precedente, finalizzati all'approfondimento di dettaglio e all'aggiornamento del bilancio del trasporto solido sul bacino, dovranno essere individuate per ciascun corso d'acqua alcune sezioni di controllo sulle quali i rilievi topografici andranno eseguiti con frequenza annuale o comunque ravvicinata in funzione delle specifiche esigenze di monitoraggio dell'evoluzione morfologica. Parte I.b: 6. rilievo delle caratteristiche granulometriche dei depositi d'alveo Ai fini delle valutazioni di trasporto solido, è necessario disporre delle curve granulometriche dei depositi di fondo alveo per la rete idrografica in sezioni scelte in funzione delle caratteristiche di selezione naturale dei sedimenti. Vengono definiti due livelli di priorità: priorità 1: corsi d'acqua di maggiore rilevanza dal punto di vista del bacino di alimentazione, del carico solido e della entità delle attività estrattive pregresse; priorità 2: corsi d'acqua a valle dei grandi laghi, oltre ai corsi d'acqua minori, o comunque scarsamente rilevanti per il bilancio globale del trasporto solido. Tab. A.2.: corsi d'acqua principali su cui effettuare rilievi granulometrici e relativa priorità Corso d'acqua Tratto Po Po Varaita Revello - monte Ticino monte Ticino - Pontelagoscuro Ponte località Sant'Antonio confluenza Po Ponte località Tetti confluenza Po Confluenza Stura di Demonte confluenza Po Ponte di Vignolo - confluenza Tanaro Castenuovo Belbo confluenza Tanaro Ponte Strevi - confluenza Tanaro Silvano d'Orba - confluenza Bormida Ponte A.S. di Stezzano confluenza Po Rivergaro - confluenza Po Ponte dell'Olio - confluenza Po Vigolo Marchese - confluenza Po Castell'Arquato - confluenza Po Ponte A.S. A1 - confluenza Arda Ponte Fornovo di Taro confluenza Po Maira Tanaro Stura Di Demonte Belbo Bormida Orba Scrivia Trebbia Nure Chiavenna Arda Ongina Taro Autorità di bacino del fiume Po Priorità 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Stirone Parma Baganza Enza Crostolo Secchia Panaro Tiepido Pellice Chisone Dora Riparia Stura di Lanzo Orco Dora Baltea Sesia Cervo Elvo Agogna Terdoppio Ticino Toce Olona Lambro Adda sottolacuale Adda sopralacuale Brembo Serio Oglio Chiese Mella Mincio 7. Sbocco vallivo (Ponte SP) confluenza Taro Ponte Langhirano - confluenza Po Ponte Sala Baganza confluenza Parma Ciano d'Enza - confluenza Po Vezzano sul Crostolo confluenza Po Castellano - confluenza Po Marano sul Panaro confluenza Po Gorzano - confluenza Panaro Confluenza Lusernetta confluenza Po Porte (ponte nuovo) confluenza Pellice Susa (confluenza T. Cenischia) - confluenza Po Ponte di Lanzo - confluenza Po Ponte Cuorgnè - confluenza Po Confluenza T. Grand'Eyvia confluenza Po Ponte F.S. Romagnano Sesia - confluenza Po Cossila (Biella) - confluenza Sesia Ponte di Occhieppo confluenza Cervo Gozzano - confluenza Po Divignano - Cerano Lago Maggiore - confluenza Po Confluenza Isorno (Crevoladossola) - foce Lago Maggiore Olona - Pero Baggero - confluenza Po Ponte Calusco d'Adda confluenza Po Grosio - foce Lago di Como Almenno - confluenza Adda Alzano Lombardo - confluenza Adda Breno - confluenza Po Vobarno - confluenza Oglio Brescia ponte del Cimitero confluenza Oglio Peschiera - confluenza Po 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2 2 1 1 2 I rilievi vanno eseguiti con le procedure individuate nel dettaglio nella parte II del presente annesso; la rete di campionatura deve essere scelta sulla base dei seguenti criteri e metodi: 6 - interasse medio lungo l'alveo dei punti di campionamento 4000 - 5000 m; - punti di campionamento con prelievo dal centro alveo; - prelievo di almeno due campioni per ogni stazione di misura; Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali - Relazione misure granulometriche mediante vagliatura, o, nel caso di alvei larghi con limitati tiranti idrici, e depositi grossolani col metodo precedente, impiegando il metodo della griglia di riferimento; - i punti di campionamento della granulometria per quanto possibile devono coincidere con le sezioni di rilievo topografico dell'alveo. 8. La caratterizzazione granulometrica del reticolo idrografico principale viene condotta per mezzo di due campagne di rilevamento successive, la seconda delle quali di verifica, affinamento e integrazione delle misure, effettuate nella prima campagna: - Campagna 1: rilievo generale della granulometria degli alvei, secondo le specifiche tecniche definite in precedenza. I dati relativi vengono analizzati mediante elaborazioni di statistiche (quali ad esempio correlazioni diametropendenza del tratto, diametro-alveotipo, variazione della granulometria lungo il profilo longitudinale) al fine di evidenziare eventuali situazioni di campionamento anomale; - Campagna 2: campionamento solo nei siti nei quali, dalle condizioni di campionamento precedentemente indicate, risultano anomalie significative della distribuzione granulometrica. Parte I.c: 9. misure di trasporto solido in sospensione e totale In relazione alle esigenze conoscitive connesse al Piano Stralcio delle Fasce Fluviali è necessario attivare una rete di misura del trasporto solido in sospensione e di fondo sul reticolo idrografico del bacino. La localizzazione delle stazioni di misura del trasporto solido in sospensione deve rispondere ai seguenti requisiti: - coincidenza, ovunque possibile, con una sezione di misura per la quale sono disponibili analoghi dati pregressi, - coincidenza con una stazione esistente o prevista di misura idrometrica, - localizzazione di almeno una sezione su ogni affluente principale, ad esclusione dei tratti a valle dei grandi laghi e dei corsi d'acqua in cui risulta prevalente o comunque particolarmente significativo il trasporto di fondo, - localizzazione, lungo l'asta del Po, a valle delle confluenze con i principali corsi d'acqua, - rispondenza della sezione ai requisiti generali descritti alla parte II. Autorità di bacino del fiume Po 7 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Si propone l'attivazione delle seguenti stazioni di misura del trasporto solido in sospensione per ottenere il livello minimo necessario per l'aggiornamento della conoscenza del settore. Sezione Po a Moncalieri Po a Casale Monferrato Po alla Becca Po a Piacenza Po a Boretto Po a Borgoforte Po a Revere Po a Pontelagoscuro Sesia a Vercelli Dora Baltea a Tavagnasco Tanaro a Montecastello Scrivia a Castelnuovo Trebbia a Piacenza Taro a Gramignazzo Parma a ponte Bottego Enza a Sorbolo Secchia a ponte Bacchello Panaro a Bomporto Oglio a Marcaria 10. Disponibilità dati pregressi D = disponibili ND = non disponibili D D D D D D D D D D D ND ND ND D D D D D Ai fini della corretta esecuzione del bilancio del trasporto solido risulta necessario ottenere misure di trasporto solido totale e di fondo almeno in corrispondenza della sezione di chiusura dei bacini montani. E' pertanto prevista l'installazione di stazioni di misura del trasporto in sospensione e di fondo in corrispondenza delle sezioni di chiusura dei bacini montani dei principali affluenti, definiti in base a criteri di rappresentatività di ambiti omogenei per caratteristiche fisiografiche, geologiche, vegetazionali. Il numero minimo di stazioni di misura è di una stazione per ciascuno dei seguenti corsi d'acqua: Dora Baltea, Sesia, Tanaro (confl. Stura di Demonte), Scrivia, Trebbia, Arda, Secchia, Serio, Brembo, Adda, Oglio, Chiese, Mella. L'ubicazione in corrispondenza del limite dello sbocco in pianura del tratto montano di corso d'acqua è indicativa e può essere individuata nell'intorno del limite stesso, verso monte o verso valle, in funzione dell'idoneità della sezione di misura accertata in base alle prescrizioni di cui alla successiva parte II. 8 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Relazione Parte II: modalità di esecuzione delle misure e caratteristiche delle installazioni fisse Parte II.a: 11. rilievi di sezioni trasversali dell'alveo Organizzazione generale del sito di indagine. Il rilievo topografico - batimetrico di sezioni d’alveo ha la finalità di valutare l’evoluzione morfologica indotta dal regime idrologico e di quantificare l'entità dell'erosione e del deposito. Ogni sito di indagine deve essere descritto da un adeguato numero di sezioni opportunamente distribuite lungo l'asse del corso d'acqua. Le sezioni devono essere rilevate con una periodicità stabilita da specifici programmi di indagine in relazione alle prevedibili modalità di evoluzione dei fenomeni in osservazione. 12. Riferimenti planoaltimetrici. I capisaldi dei rilievi topografici devono essere scelti in modo da consentire la perfetta sovrapponibilità e confrontabilità delle sezioni rilevate in periodi diversi. Devono inoltre consentire di collegare i punti più significativi di sezioni consecutive al fine di ottenere profili di sponda e di fondo contemporanei. Per ogni sezione devono essere definiti: - almeno 2 riferimenti planoaltimetrici; - almeno 1 riferimento idrometrico. I riferimenti planoaltimetrici devono permettere di definire l’allineamento lungo il quale viene effettuato il rilievo della sezione e le quote assolute dei punti rappresentanti la sezione stessa rispetto al medio mare. Essi vanno posti, quando possibile, su entrambi i confini della sezione. Quando le condizioni logistiche del sito impediscono tale localizzazione si possono installare due riferimenti su una stessa sponda, posti a diversa distanza dall’asse dell'alveo lungo l’allineamento della sezione. Nei casi in cui venga il piano di rilevamento preveda di effettuare sezioni estese al solo alveo inciso del corso d'acqua, con distanza inferiore alla larghezza dell’alveo di piena, è opportuno prevedere, oltre ai 2 riferimenti planoaltimetrici principali, ubicati in zone di sicurezza rispetto alle esondazioni, altri 2 riferimenti secondari, disposti sullo stesso allineamento e delimitanti l’alveo inciso. I capisaldi devono essere materializzati in sito mediante borchia metallica e targhetta inossidabile recante il codice identificativo, fissate su opere murarie esistenti o su pilastrini in calcestruzzo o in materiale lapideo specificatamente realizzati e posti in opera e devono essere descritti in apposita monografia. Le borchie devono essere collegate planoaltimetricamente al più vicino caposaldo IGM. Autorità di bacino del fiume Po 9 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Nelle sezioni dotate di asta idrometrica deve essere rilevata (o verificata) la quota assoluta dello zero idrometrico. Quando ciò non dovesse risultare possibile occorre installare una borchia quotata di riferimento su manufatti esistenti nell'alveo oppure un pilastrino fisso sulla sponda, con caratteristiche analoghe ai capisaldi planoaltimetrici, rispetto al quale si possa rilevare il livello idrometrico mediante battuta di livellazione. I nuovi riferimenti devono essere collegati anche ad altri capisaldi presenti nella zona. E’ sempre opportuno fissare, oltre al riferimento idrometrico principale, altri riferimenti secondari in posizione di sicurezza rispetto ai livelli di piena. 14. Strumentazione e tecniche di rilievo. Le zone emerse della sezione vanno rilevate utilizzando la strumentazione e le tecniche usuali dei rilievi topografici. Per il rilievo della sezione bagnata devono essere applicate tecniche diversificate in relazione alle condizioni operative dei siti di indagine. Tutte le procedure indicate di seguito hanno in comune le operazioni preliminari di accesso alla sezione, pulizia delle sponde, individuazione dei riferimenti fissi, allestimento degli equipaggiamenti. a. Sezioni agibili a guado a.1. Strumentazione: a.2. - asta centimetrata munita di piastra di fondo, - stazione topografica integrata. Modalità: - tesatura di un cavo in dacron o altro materiale inestendibile graduato al metro, - rilievo delle profondità mediante asta centimetrata, in corrispondenza delle progressive individuate sul cavo graduato, - misura del livello idrometrico a inizio e fine, con eventuali infittimenti intermedi in caso di variazione, - verifica della larghezza della sezione bagnata mediante strumento topografico (le distanze progressive rilevate sul cavo graduato devono essere compensate in base a questo riscontro), - rilievo topografico della sezione emersa, con collegamento ai punti fissi di riferimento, 10 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali - Relazione misura del livello idrometrico all'inizio del rilievo topografico, per il collegamento con la sezione batimetrica. a.3. Densità di rilievo: il maggiore numero di punti tra i seguenti: - 20 punti nella sezione bagnata + 10 punti nella parte emersa; - 1 punto ogni 2 m in media. b. Sezioni agibili con imbarcazione (larghezza pelo libero inferiore a 200 m) b.1. Strumentazione: b.2. - ecoscandaglio digitale o registratore montato su imbarcazione, - stazione topografica integrata. Modalità: - tesatura di un cavo di ancoraggio in nylon per l’imbarcazione, - tesatura di un cavo in dacron o altro materiale inestendibile graduato al metro, - rilievo batimetrico con ecoscandaglio mantenendo l’imbarcazione ancorata al cavo in corrispondenza delle progressive di misura, - misura del livello idrometrico a inizio e fine rilievo batimetrico, con eventuali infittimenti intermedi in caso di variazione, - verifica della larghezza della sezione bagnata e rilievo topografico della parte emersa secondo le modalità riportate in a.2.. b.3. Densità di rilievo: il maggiore numero di punti tra i seguenti: - 20 punti nella sezione bagnata + 20 punti nella parte emersa, - 1 punto ogni 5 m in media. c. Sezioni agibili con imbarcazione (larghezza pelo libero maggiore di 200 m) c.1. Strumentazione: Autorità di bacino del fiume Po 11 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali c.2. - ecoscandaglio registratore montato su imbarcazione, - stazione topografica integrata. Modalità: - rilievo batimetrico eseguito con imbarcazione in movimento a velocità costante e registrazione in continuo delle profondità, marcatura automatica della registrazione a intervalli prefissati; - rilievo da terra della posizione dell’imbarcazione mediante stazione topografica, marcatura automatica in corrispondenza degli stessi intervalli stabiliti per il rilievo delle profondità, - completamento del rilievo batimetrico in prossimità delle sponde mediante misura puntuale delle profondità, - rilievo della larghezza complessiva della sezione bagnata mediante stazione topografica (le distanze progressive rilevate con la barca in movimento devono essere compensate in base al riscontro con la larghezza rilevata da terra), - misura del livello idrometrico a inizio e fine batimetria, con eventuali infittimenti in caso di variazione, - rilievo del livello idrometrico a inizio rilievo topografico, per collegamento con sezione batimetrica. c.3. Densità di rilievo: il maggiore numero di punti tra i seguenti: - 20 punti nella sezione bagnata + 20 punti nella parte emersa, - 1 punto ogni 10 m in media. Per la parte batimetrica rilevata con registrazione in continuo queste condizioni si riferiscono alla restituzione grafica successiva al rilievo. d Sezioni provviste di infrastrutture particolari Anche per tali sezioni è preferibile operare a guado o con imbarcazione, con le procedure prima indicate. Quando vengono invece utilizzate le infrastrutture è necessario operare con le modalità seguenti. d.1. 12 Strumentazione: Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali - Relazione aste centimetrate con manicotto scorrevole e piastra di fondo (per rilievi diretti da passerella), d.2. - misuratore di livello con toccafondo e argano idrometrico, - stazione topografica integrata. Modalità: d.2.1. Passerelle o ponti: - stesa di nastro graduato sulla struttura e individuazione delle verticali di misura; - esecuzione del rilievo batimetrico. Se si utilizzano le aste per il sondaggio diretto è necessario appoggiare il dispositivo sul fondo e, tenendo l’asta verticale, effettuare le letture della quota del pelo libero e del fondo (la cui differenza fornisce la profondità dell'acqua a meno di una costante strumentale nota). Se si utilizzano zavorre idrodinamiche è necessario rilevare la lettura di pelo libero, azzerare il contascatti dell’argano idrometrico, eseguire la discesa dello strumento fino al segnale di toccafondo, rilevare la lettura all’argano, il cui valore esprime la profondità a meno della costante nota del peso utilizzato. Le misure di profondità devono essere in questo caso compensate per l’effetto di deriva, secondo il protocollo di calcolo precisato dalle Normative per misure idrometriche (cfr. Norma ISO 748); - misura del livello idrometrico a inizio e fine batimetria con eventuali infittimenti intermedi in caso di variazione; - rilievo topografico della sezione emersa con collegamento della parte batimetrica ai punti fissi di riferimento. d.2.2. Teleferica: - individuazione del punto di inizio della sezione liquida e azzeramento del contatore delle distanze; - esecuzione del rilievo batimetrico operando per verticali, con misura delle distanze progressive e delle profondità sugli appositi contatori; per il rilievo delle profondità è necessario azzerare il contatore sulla posizione di pelo libero, eseguire la discesa dello strumento fino al segnale di toccafondo, rilevare la lettura al contatore, il cui valore esprime la Autorità di bacino del fiume Po 13 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali profondità a meno della costante nota del peso idrodinamico; le misure di profondità devono essere compensate per l’effetto di deriva come precisato in d.2.1.; - misura del livello idrometrico a inizio e fine batimetria, con eventuali infittimenti intermedi in caso di variazione; - rilievo topografico della sezione emersa con collegamento ai punti fissi di riferimento. 15. Restituzione dei risultati e archiviazione dei dati. Il rilievo delle sezioni deve essere restituito in forma grafica, in scale deformate e unificate per ogni sito di indagine, con indicazione delle distanze parziali e progressive, delle quote del terreno e del pelo libero, della posizione e delle quote dei punti fissi. Per agevolare la gestione delle informazioni relative ai singoli siti di indagine, è necessario archiviare le sezioni in un data base di supporto collegato a programmi di elaborazione che devono consentire la sovrapposizione delle sezioni rilevate in epoche successive (in base alle coordinate rispetto ai riferimenti fissi), il calcolo delle aree in erosione e deposito e dei corrispondenti volumi relativi ai tratti di alveo monitorati mediante rilievo di più sezioni, il calcolo di indici morfometrici, la determinazione della curva caratteristica area liquida/livelli e la valutazione dei relativi trend evolutivi. 16. Qualifica del personale tecnico. Il personale da adibire alle operazioni di rilievo (squadra tipo di 2÷3 persone) deve essere dotato di specifica preparazione tecnica ed esperienza in merito ai seguenti aspetti: - capacità di distribuire i punti di misura in modo rispondente alla morfologia della sezione, evidenziando i punti più significativi per la descrizione della dinamica fluviale; - capacità operative a guado e da imbarcazione tali da garantire condizioni di sicurezza nell’esecuzione dei rilievi batimetrici; - capacità di osservazione e annotazione delle caratteristiche del tratto di alveo influente sulla sezione di rilievo, con riferimento ai processi evolutivi di erosione e di deposito e di assetto planimetrico. 14 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Relazione Parte II b: rilievo delle caratteristiche granulometriche dei depositi fluviali 17. Modalità di campionamento. Le metodiche di campionamento del materiale di fondo alveo sono diverse a seconda della loro dimensione ed assortimento. Depositi ghiaiosi emersi. Se la pezzatura media del materiale è dell’ordine di qualche centimetro (ghiaia e ciottoli), è opportuno procedere alla valutazione diretta statistica della distribuzione dei diametri applicando il metodo della “griglia di campionamento”. La procedura prevede la stesa sul deposito di un reticolo a maglia quadrata di lato 0.5 m , per un’estensione minima di 5 x 5 m. In corrispondenza dei vertici del reticolo di procede al prelievo dei ciottoli e alla misura dei tre diametri caratteristici (assimilando ogni elemento a un ellissoide) mediante compasso comparatore. L’indagine viene completata prelevando 2÷3 campioni del materiale di deposito, dopo aver rimosso lo strato superficiale di pietrame dilavato. I prelievi vengono eseguiti per quartatura, con quantitativi minimi di 10 kg. Depositi sabbioso - ghiaioso emersi. Il campionamento viene eseguito con il metodo della quartatura, prelevando un quantitativo minimo di 10 kg di materiale. Depositi sabbioso - limosi emersi. Si procede prelevando in zone omogenee un quantitativo minimo di 2 kg di materiale. Depositi sabbioso - limosi sommersi. Si procede da imbarcazione (in casi particolari a guado o da ponte) utilizzando campionatori a benna tipo Van Velde (cfr. Norma ISO 4364-77) manovrati manualmente o mediante argani. Le operazioni di prelievo vengono ripetute fino al raggiungimento del quantitativo minimo di 2 kg, curando l’esecuzione delle manovre di recupero del dispositivo per evitare il dilavamento del campione. In presenza di depositi particolarmente potenti, dei quali risulti utile stabilire la costituzione interna (ad esempio per definire la corazzatura degli strati superficiali del materiale di fondo alveo), possono essere utilizzati specifici carotatori a vibrazione (cfr. Normativa ISO), mediante i quali può essere estratta una porzione stratigrafica del deposito, da sottoporre a rilievi e analisi granulometriche differenziate. 18. Analisi granulometrica. I risultati dei rilievi in sito eseguiti con il metodo della griglia di campionamento vengono elaborati ripartendo i valori misurati in più classi individuate da valori del diametro degli inerti compreso tra quelli minimo e massimo. Si procede quindi alla determinazione della curva delle frequenze cumulate. Autorità di bacino del fiume Po 15 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali I campioni prelevati in sito con tutte le metodiche sopra indicate devono essere sottoposti ad analisi granulometrica per setacciatura e/o sedimentazione secondo gli standard operativi stabiliti dalle Norme ASTM D421 e ASTM D 422. Per uniformare le procedure è opportuno stabilire una serie di setacci unificata per tutti i siti di indagine. Si propone la seguente serie (codici ASTM): 2”, 1”, ½, 4, 10, 18, 35, 100, 200. 19. Restituzione dei risultati. Le curve granulometriche dei campioni devono essere rappresentate graficamente assieme ai valori dei passanti ai diametri caratteristici e dei coefficienti di uniformità delle distribuzioni. 20. Qualifica del personale. Per il prelievo ai campioni in sito è necessario impiegare personale dotato di esperienza nel riconoscimento dei punti di campionamento rappresentativi dei depositi presenti in alveo (in particolar modo in caso di prelievi da materiale sommerso). Sono necessarie inoltre adeguate capacità operative per eseguire i campionamenti da imbarcazione con le attrezzature pesanti di prelievo. Per le prove di laboratorio è richiesta la qualifica tipica di tecnico per laboratorio terre. Parte II.c: 21. misure dirette di trasporto solido in sospensione e al fondo Lineamenti generali dei programmi di misure. L’esecuzione di misure dirette di trasporto solido in siti di osservazione differenti per caratteristiche e obiettivi di indagine, richiede l’applicazione di criteri standardizzati per i programmi di osservazione, al fine di garantire la confrontabilità dei dati e la correttezza delle procedure di acquisizione degli stessi. E' pertanto necessario attivare un programma di Garanzia di Qualità finalizzato a produrre dati di misura con il massimo grado di rappresentatività, ripetibilità e riproducibilità. L’attività di misura e di elaborazione dei dati deve pertanto essere integrata con funzioni di controllo e gestione così articolate: - analisi delle attività tecniche e gestionali del monitoraggio in relazione agli aspetti della qualità, quali ad esempio verifica della qualifica dei fornitori e del personale, taratura strumenti, controllo di qualità, sorveglianza ecc.; - predisposizione, coordinamento e aggiornamento dei documenti e delle procedure necessarie a unificare e rappresentare le attività svolte; - addestramento del personale sui compiti, sulle responsabilità e sulle procedure tecniche e gestionali, con divulgazione dei documenti relativi; 16 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali - Relazione predisposizione di un piano di controllo della qualità delle misure (ad es. nel caso specifico modalità del calcolo dell’errore di misura); - stesura di un programma temporale dei controlli di qualità e delle sorveglianze; - controllo periodico della corretta attuazione delle procedure e individuazione di eventuali azioni migliorative per la qualità; - documentazione dell’attività di sorveglianza svolta. Queste attività sono codificate nelle procedure gestionali e tecniche. Le procedure gestionali definiscono: - i compiti e le responsabilità delle persone coinvolte, - le modalità di gestione della documentazione, dei dati, dei programmi di calcolo, - le modalità di gestione degli strumenti, - le modalità dei controlli, delle sorveglianze, della gestione di non conformità ecc.. Sono costituite dalle seguenti funzioni: - emissioni e gestione delle procedure, - organizzazione, - qualifica del personale, - gestione della documentazione, - gestione dei dati e gestione dei programmi di calcolo, - gestione della strumentazione, - gestione delle non conformità, - sorveglianza. Le procedure tecniche definiscono il campo di applicazione delle misure, le attrezzature tecniche e le modalità operative per l’esecuzione dei rilievi e di registrazione dei dati di misura. Riguardano: Autorità di bacino del fiume Po 17 Relazione 22. Piano Stralcio delle Fasce Fluviali - misure idrometriche, - misure di trasporto solido, - controllo periodico degli strumenti, - controllo qualità analisi di laboratorio. Misure di trasporto solido in sospensione: principio di misura. Il valore del carico solido in sospensione si definisce come prodotto della portata della corrente per la concentrazione media dei sedimenti trasportati. La misura del carico viene eseguita rilevando innanzitutto i valori delle velocità mediante correntometro e prelevando contestualmente i campioni di torbida per la determinazione della concentrazione dei sedimenti in sospensione. Si passa quindi a una integrazione numerica della portata solida elementare tramite la costruzione dei profili “velocità x concentrazione” su ogni verticale di misura e della distribuzione dei valori medi in senso orizzontale, si ottiene il dato del carico solido. 23. Misure di trasporto solido in sospensione: riferimenti normativi. NORMATIVA ISO (Organisation Internationale de Normalisation - Genève/Suisse): - ISO 748-1979 Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Méthodes d'exploration du champ des vitesses. - ISO 1088-1973 Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts Méthodes d'exploration du champ des vitesses - Recueil des données pour la determination des erreurs de mesurage. - ISO 1100/2 - 1982 Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts - Partie 2: Détermination de la relation hauteur-débit. - ISO 2537-1974 Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts Moulinets à coupelles et à hèlices. - ISO 3454-1975 Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts Matériel de sondage et de suspension. - ISO 3455-1976 Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts Etalonnage des moulinets à élément rotatif en bassins découverts rectilignes. - ISO 4363-1977 Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts Méthodes de mesurage des sédiments en suspension. 18 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali - Relazione ISO 4375-1979 Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts Systèmes de suspension par càbles aériens pour le jaugeage en rivière. - ISO/TR 7178-1983 Etude de l'erreur globale dans la mesure du débit par les méthodes d'exploration du champ des vitesses. NORMATIVA CEI (Commission Electrotechnique Internationale - Genève/Suisse): . Pubblication 41/1963. Code international concernant les essais de réception sur place des turbines hydrauliques. Herschy R.W. (1985). Streamflow measurement. Rantz S.E. and others Measurement and computation of streamflow: volume 1. Measurement of stage and discharge. ENEL CRIS: Sistema esperto per le misure idrometriche - Manuale di idrometria. 24. Misure di trasporto solido in sospensione: strumentazione e attrezzature. a. Misure correntometriche. Devono essere eseguite utilizzando mulinelli di sicura affidabilità, ad asse orizzontale, provvisti di set di eliche tarate, idonee per operare nei campi di velocità prevedibili per i corsi d’acqua oggetto di indagine. Le attrezzature di calata devono consentire l’operatività secondo le tecniche di misura standard: - a guado con aste centimetrate e dispositivo scorrevole di localizzazione del mulinello; - da imbarcazione con aste scorrevoli o peso idrodinamico e argano idrometrico; - da ponte con peso idrodinamico e argano idrometrico montato su carrello o automezzo; - da teleferica con peso idrodinamico e attrezzatura di base dell’impianto. La strumentazione deve essere sottoposta a periodici controlli di taratura, secondo un programma apposito da redigere prima dell’avviamento delle campagne di misura. b. Misure di torbidità. I prelievi devono essere eseguiti mediante campionatore a riempimento graduale. Il campionatore viene normalmente utilizzato nell’assetto standard previsto dalle Autorità di bacino del fiume Po 19 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Normative per misure con argano idrometrico e cavo di sospensione (da imbarcazione o da ponte). Per eseguire la calata con aste di supporto (misure a guado o da imbarcazione) deve essere utilizzata la versione specifica del campionatore dotata dello scudo frontale e sprovvista della pinna stabilizzatrice. Per le misure da teleferica è opportuno adottare versioni più appesantite del campionatore (fino a 50 kg) e dotate di elementi stabilizzatori posteriori più lunghi rispetto alla versione standard. In tutti i casi il campionatore deve essere dotato di sistema di apertura meccanico a messaggero o elettrico, con valvola di ingresso regolabile per consentire la variazione dei tempi di riempimento. L’attrezzatura di laboratorio per la determinazione delle concentrazioni deve comprendere: 25. - kit di filtrazione su membrane in nitrato di cellulosa di porosità 0.45 μm; - bilancia di precisione; - fornetto per essiccamento dei campioni; - coni Imhoff, cilindri graduati, dotazioni di base per laboratorio terre. Misure di trasporto solido in sospensione: metodiche operative. a. Misure correntometriche Le procedure di misura devono rispettare i vincoli stabiliti dalla Normativa ISO, con riferimento in particolare a: - numero e distribuzione delle verticali; - numero e distribuzione dei punti di misura sulle verticali; - valore massimo del gradiente di velocità tra punti consecutivi di misura consentito; 20 - velocità minima misurabile; - tempo di misura minimo; - variazione di livello idrometrico consentita durante la misura. Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali b. Relazione Prelievi di torbida I prelievi devono essere eseguiti per punti, nelle verticali utilizzate per le misure correntometriche (o in un sotto insieme delle stesse). Il campionamento sulle verticali deve comprendere i dati estremi (superficie e fondo). In ogni caso devono essere eseguiti almeno 20 prelievi di torbida per ogni misura. Nelle misure da teleferica possono essere eseguiti campionamenti integrati sulle verticali, regolando la velocità di riempimento del campionatore e la velocità di manovra della teleferica in modo da prelevare l’80% del volume utile del campionatore in un percorso di discesa e risalita a velocità costante lungo la verticale. Le operazioni di campionamento devono essere eseguite immediatamente dopo la misura correntometrica, in modo da disporre del quadro completo della geometria della sezione e della distribuzione della velocità. c. Misure idrometriche e topografiche Nel corso della misura deve essere costantemente tenuto sotto controllo il riferimento idrometrico, annotando i livelli iniziale e finale, provvedendo a eventuali infittimenti delle letture in caso di variazioni apprezzabili di questi. La sezione batimetrica rilevata con l’attrezzatura di calata deve essere collegata topograficamente con i riferimenti fissi stabiliti sulla sezione. d. Analisi di laboratorio: concentrazione di solidi sospesi I campioni di torbida devono essere trattati per determinare la concentrazione di solidi sospesi con una delle due procedure sotto indicate. 1. 2. Concentrazione di materiale in sospensione elevata (> 1000 mg/l) - misura del volume del campione (cilindro graduato); - addensamento in cono Imhoff; - essiccamento a 105 ° C; - pesatura del materiale essiccato e calcolo della concentrazione. Concentrazione di materiale in sospensione medio bassa (< 100 mg/l) - misura del volume del campione (cilindro graduato); - condizionamento in stufa delle membrane di filtrazione in nitrato di cellulosa (diametro 4.7 cm, porosità 0.45 μm) e pesatura del bianco; Autorità di bacino del fiume Po 21 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali - filtrazione del campione su membrana sotto vuoto; - essiccamento in stufa a 105 °C; - pesatura della membrana; - determinazione del peso netto e calcolo della concentrazione. e. Analisi di laboratorio: analisi granulometrica. Per le valutazioni relative alle caratteristiche del trasporto solido nella sezione di misura è utile eseguire, nei casi più significativi, le seguenti determinazioni: - analisi granulometrica; - analisi mineralogica. Le analisi devono essere eseguite su un campione medio derivante dalla miscelazione di volumi uguali prelevati da tutti i campioni. La procedura operativa per l’analisi granulometrica è la seguente. Dal campione medio viene prelevato, mantenendolo in agitazione, un volume di liquido noto, che viene sottoposto a filtrazione su una batteria di membrane di diversa porosità, utilizzando l'attrezzatura impiegata per le misure di concentrazione di solidi sospesi. Possono essere utilizzate membrane con le seguenti porosità: 45 μm, 12 μm, 3 μm, 0,8 μm, 0,45 μm che rappresentano l’estensione della serie di setacci standard ASTM (diametro setaccio ASTM 200 = 75 μm). I pesi di materiale trattenuto da ogni membrana consentono di tracciare una curva granulometrica analoga a quelle ottenute con la setacciatura. La predisposizione dei filtri e le operazioni di pesatura per determinare la tara e il peso lordo delle membrane devono essere eseguite con le modalità descritte per le misure di concentrazione di materiale in sospensione. Se il carico torbido è elevato, possono essere utilizzate altre metodiche, tenendo presenti i limiti di significatività. A questo proposito si osserva che i metodi di analisi per sedimentazione secondo lo standard ASTM (Norma D422) e secondo la Normativa ISO (Norma 4365/85) richiedono un quantitativo minimo di 50 g di materiale secco. Di seguito si riportano i limiti di utilizzazione di altre metodiche di applicazione corrente. 22 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali METODO Relazione QUANTITATIVO RICHIESTO DIAMETRO MINIMO MISURABILE 1g 1g 100 mg/l 500 mg/l 50 μm 50 μm 5 μm 5 μm VAT (Visual Accumulation Tube) MAT (Manual Accumulation Tubbe) PWT(Pipet Withdrawal Tube) BWT(Bottom Withdrawal Tube) Le analisi mineralogiche possono essere eseguite per via microscopica, utilizzando un microscopio binoculare stereoscopico e un microscopio polarizzatore, nel caso in cui sia disponibile materiale sabbioso - limoso. Se il materiale campionato appartiene a classi granulometriche inferiori, è opportuno procedere per via diffrattometrica, secondo quanto previsto dallo standard ASTM. 26. Misure di trasporto solido in sospensione: elaborazione dei dati e restituzione dei risultati. a. Misure Correntometriche Le misure correntometriche devono essere elaborate utilizzando un programma di calcolo specifico, che deve disporre di un data base contenente le curve di taratura di tutte le eliche utilizzate e le costanti strumentali relative alle tecniche di calata adottate per le misure, evitando in questo modo di eseguire preelaborazioni manuali dei dati grezzi di campagna per costituire l’input. Il calcolo della portata deve essere eseguito applicando il principio “velocità x area” con il metodo della doppia integrazione, come di seguito indicato. 1. Calcolo dei valori puntuali della velocità a partire dai dati di misura, in base alle curve di taratura dei mulinelli. 2. Calcolo delle coordinate batimetriche della sezione e della posizione dei punti di misura delle velocità. 3. Individuazione dei profili di velocità sulle verticali correntometriche. In corrispondenza del fondo la velocità deve essere stimata in base alle caratteristiche della scabrezza (Prandtl). 4. Integrazione dei profili di velocità e calcolo della velocità media sulle verticali di misura. 5. Definizione della velocità media mediante curve interpolanti i valori relativi alle singole verticali. La velocità in corrispondenza delle sponde deve essere stimata opportune in base alle caratteristiche della scabrezza. 6. Calcolo delle portate unitarie sulle singole verticali e della portata complessiva. Autorità di bacino del fiume Po 23 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali 7. Evidenziazione dei parametri caratteristici della misura (dati geometrici, velocità media e max, ecc.). 8. Confronto dei dati della misura con i valori di riferimento indicati dalla Normativa ISO ed esecuzione di test di controllo della qualità della misura. I documenti descrittivi della misura devono essere costituiti da: 1. Modulo di misura contenente almeno le seguenti informazioni: 1.1 dati di riferimento della misura (individuazione delle stazioni di misura, della data, dell'ora, del nome del rilevatore); 1.2 dati grezzi di misura della velocità (distanza, profondità, posizione mulinello, n° giri, tempi di esposizione); 1.3 dati caratteristici della strumentazione, del sistema di calata e del procedimento di misura; 1.4 dati caratteristici della sezione fluviale (caratteristiche del fondo e delle sponde, batimetrie di infittimento); 1.5 dati di misura dei livelli idrometrici; 1.6 dati di sintesi caratteristici della misura (portata, area, contorno bagnato, larghezza del pelo libero, altezza massima, velocità media, velocità superficiale massima, rapporto tra velocità media e velocità superficiale massima); 2. Scheda grafica, contenente i seguenti elementi: 2.1 indicazione dei dati di riferimento della misura, dei dati caratteristici della sezione, della portata misurata e del livello idrometrico corrispondente; 2.2 rappresentazione grafica della sezione, con le verticali di misura; 2.3 rappresentazione grafica dei profili di velocità sulle verticali, del diagramma delle velocità medie lungo le verticali e delle portate per unità di larghezza della sezione. b. 24 Misure di trasporto solido in sospensione Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Relazione L’elaborazione dei dati relativi al trasporto solido in sospensione deve essere eseguita utilizzando un modulo aggiuntivo del programma di elaborazione dei dati correntometrici, per acquisire in automatico gli elementi di calcolo necessari per sviluppare la misura. In funzione della posizione dei punti di campionamento e delle relative concentrazioni determinate in laboratorio, il programma calcola i profili di concentrazione lungo le verticali ed esegue il prodotto dei profili di velocità (determinati con la procedura di calcolo descritta per l’elaborazione delle misure correntometriche) per i corrispondenti profili di concentrazione. Il programma sviluppa quindi la doppia integrazione per ricavare il carico solido. Devono essere approntati i seguenti documenti descrittivi delle misure. 1. Modulo di misura contenente almeno le seguenti informazioni: 1.1 dati di riferimento della misura (individuazione stazione di misura, data, ora, rilevatore, metodo di campionamento); 1.2 dati grezzi relativi ai rilievi di torbidità (distanze, profondità, posizioni di campionamento); 1.3 dati di concentrazione puntuali (relativi alle filtrazioni di laboratorio sui campioni prelevati) e medi sulle verticali di misura; 1.4 dati di sintesi caratteristici della misura (carico in sospensione; area, contorno bagnato, larghezza pelo libero; altezza massima, velocità media, portata liquida, concentrazione media, livelli idrometrici iniziale e finale). 2. Scheda grafica contenente almeno le seguenti informazioni: 2.1 indicazione dei dati di riferimento della misura, dei dati caratteristici della sezione, dei valori di portata liquida, livello idrometrico, concentrazione media e carico in sospensione; 2.2 rappresentazione grafica della sezione con l’indicazione delle verticali di campionamento; 2.3 rappresentazione dei profili verticali di concentrazione, dei diagrammi delle concentrazioni medie e del carico solido per unità di larghezza della sezione lungo le verticali di misura. Autorità di bacino del fiume Po 25 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali c. Errore di misura Deve essere definita la precisione delle misure applicando le procedure di calcolo dell’errore previste dalle Normative. In particolare, per le misure correntometriche deve essere fatto riferimento al protocollo di valutazione previsto dalle Norme ISO 748/79, 10088/73, TR 7178/83, che fornisce le indicazioni per determinare i seguenti fattori di errore: - errore limite accidentale (x'o): è espresso in funzione dell'errore - limite accidentale delle singole componenti di misura: larghezza della sezione (x'b), profondità (x'd), tempo di esposizione minimo del mulinello (x'e), numero di punti sulla verticale (x'm), taratura del mulinello (x'c). L'errore - limite accidentale complessivo è dato da: x'o = [(x'm)2 + 1/m ((x'b)2 + (x'd)2 + (x'e2 + (x'm)2 + (x'c)2)]1/2 - errore limite sistematico (x''o):è espresso in funzione dell'errore - limite sistematico relativo a: misure di larghezza (x''b) e profondità (x''d), e alla taratura del mulinello correntometrico (x''c). L'errore - limite sistematico complessivo è dato da: x"o = [(x"b)2 + (x"d)2 + (x"c)2]1/2 - errore limite globale (xo): viene calcolato in funzione dell'errore - limite accidentale e dell'errore - limite sistematico in base alla seguente formula: x"o = [(x'o)2 + (x"o)2 ]1/2 I parametri hanno diversa incidenza sulla precisione della misura. In generale è preponderante l'influenza dell'errore sul numero di verticali e punti di misura e sulla batimetria rispetto agli errori più tipicamente "strumentali", specie se i mulinelli sono sottoposti con regolarità a controlli di taratura. Per la stima dei parametri di errore devono essere eseguite sperimentazioni condotte in modo specifico con la strumentazione, le metodiche di misura, il personale tecnico impiegati nel monitoraggio in oggetto. Le prove devono prevedere l'esecuzione di misure di portata in condizioni di deflusso stazionarie, in alvei di diversa dimensione e tipologia, rilevando nel dettaglio sia la batimetria della sezione sia le velocità della corrente. A differenza di quanto esposto nel caso delle misure delle portate liquide, per quanto riguarda la misura del trasporto solido in sospensione non è possibile arrivare a una valutazione oggettiva dell'errore globale della misura, in quanto gli elementi conoscitivi 26 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Relazione reperiti, relativi ad alcuni dei parametri di errore (in particolare n° di verticali e n° di punti), si riferiscono a osservazioni sperimentali svolte su alvei del Nord Europa, nei quali le caratteristiche del trasporto solido sono sensibilmente diverse da quella di corsi d'acqua padani. Per una quantificazione oggettiva dell'errore di misura e per una corretta definizione di una procedura volta a minimizzare l'errore stesso, è necessario predisporre uno specifico programma di osservazioni sperimentali dirette, che devono consentire di quantificare i fattori di errore che influenzano maggiormente la precisione delle misure: - numero di verticali di campionamento; - numero di punti di campionamento sulle verticali; - precisione delle misure di concentrazione; - precisione delle misure correntometriche. L'incidenza dei suddetti fattori di errore deve essere valutata, oltre che sulla base di sperimentazioni dirette, anche considerando i riscontri forniti da studi in materia eseguiti in ambito internazionale (cfr. Rijkswaterstaat/1979, Bonacci/1981, U.S. Geological Survey/1988). 27. Misure di trasporto di fondo: principio di misura. Mediante campionamento diretto in punti dislocati in senso trasversale sul fondo alveo viene rilevato il peso di materiale solido trasportato all’interno di una bocchetta standard di larghezza nota. Il dato viene elaborato ottenendo il trasporto di fondo per unità di larghezza. La successiva interpolazione dei valori puntuali relativi a ogni locazione di misura consente di ottenere il trasporto di fondo complessivo. 28. Misure di trasporto di fondo: riferimenti normativi. DELF HYDRAULICS LABORATORY/L.C. Von Rijn - Manual sediment transport measurements. 29. Misure di trasporto di fondo: strumentazione e attrezzature. Per le caratteristiche degli alvei in oggetto si ritiene idoneo l’impiego di campionatori tipo HELLY-SMITH predisposti per calata mediante aste o cavo di sospensione. I campionatori devono rispondere alle specifiche standard per quanto riguarda le dimensioni della bocca di ingresso, le caratteristiche della rete di contenimento, la forma e le dimensioni dello scudo, del telaio e delle alette direzionali (E. J. Helley e W. Smith, 1971). Autorità di bacino del fiume Po 27 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali In funzione delle dimensioni del materiale trasportato devono essere predisposti campionatori dotati almeno di due bocche di ingresso standard: - apertura di 0.0762 x 0.0762 m (per materiale di diametro ≤ 5 mm); - apertura di 3” x 3” (per materiale di diametro > 5 mm). Devono inoltre essere disponibili versioni del campionatore appesantite e stabilizzate con opportuni adattamenti del timone di coda per l’impiego da teleferica. 30. Misure di trasporto di fondo: metodiche operative. a. Prove preliminari Prima dell’avvio delle campagne di misura in ogni sito di indagine devono essere eseguite prove di taratura del sistema per adattare la procedura standard alle condizioni operative riscontrate nel sito. Per assicurare la confrontabilità dei risultati è necessario stabilire e mantenere in ogni sito di indagine procedure omogenee in tutte le campagne. Dovrà inoltre essere verificata la compatibilità delle procedure adottate in siti diversi, per consentire l’acquisizione di dati comparativi a scala di bacino. Le prove devono essere finalizzate principalmente ad ottimizzare per tentativi i tempi di campionamento, le tecniche di calata, la posizione del campionatore sul fondo. 1. Tempo di campionamento. In base ad esperienze svolte su corsi d’acqua padani, si ritiene opportuno di massima stabilire un tempo di esposizione di 180”, anziché 120” come normalmente indicato per questo campionatore; questa durata rende possibile il campionamento di quantitativi di materiale significativi anche in condizioni di portata ordinaria, assicurando nel contempo un margine sufficiente per consentire prelievi in piena senza eccessivo riempimento del sacco di raccolta. 2. Tecniche di calata. Sono state riscontrate in generale condizioni operative migliori utilizzando aste di calata, rispetto all’impiego di argani o teleferiche, per la possibilità di eseguire con maggior precisione le operazioni di posizionamento del campionatore sul fondo. 3. Posizionamento del campionatore. L'esperienza ha evidenziato che le operazioni di campionamento eseguite con campionatore sollevato di qualche centimetro dal fondo comportano una significativa riduzione nei quantitativi di materiale prelevato; è opportuno pertanto eseguire la calata fino ad appoggiare il campionatore sul fondo, operando molto lentamente per evitare di smuovere 28 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Relazione materiale d’alveo, e di sollevarlo successivamente del minimo indispensabile per ottenere il corretto posizionamento orizzontale del dispositivo. b. Procedura di misura in sito. Una procedura di misura orientativa, salvo le verifiche necessarie in ogni sito per gli aspetti sopra richiamati, può essere così articolata. 1. Ricognizione mediante scandaglio o rilievo batimetrico diretto a guado, per verificare l’eventuale presenza di irregolarità del fondo sia lungo la traccia di sezione sia a monte e valle della stessa. 2. Definizione delle locazioni di misura (non meno di 7 per ogni sezione). 3. Definizione dei punti di misura per ogni locazione (non meno di 3): posizionati uno sulla traccia di sezione, uno a monte e uno a valle, in funzione della morfologia del fondo rilevata con l’indagine batimetrica. 4. Stazionamento nei punti di misura ed esecuzione della calata con le modalità più idonee in base ai risultati delle prove preliminari: calata con aste a guado o da imbarcazione, calata con cavo di sospensione e argano manovrato da ponte o da imbarcazione, calata mediante teleferica. 5. Recupero del campionatore e raccolta del campione e conservazione dello stesso in appositi contenitori numerati. La procedura indicata è notevolmente semplificata rispetto agli standard correnti, messi a punto per corsi d’acqua con caratteristiche sensibilmente diverse da quelli padani. E’ pertanto necessario verificare tale procedura mediante esperienze dirette. I tempi di rilievo richiesti per ogni misura, anche nella esposta versione semplificata, sono comunque rilevanti (3 - 4 ore) e possono non essere compatibili con la variabilità degli stati idrologici, specie durante gli stati di piena. Può essere necessario, quindi, in relazione alle caratteristiche dei siti di indagine e del regime dei deflussi, mettere a punto procedure più rapide, da applicare in tali situazioni. In tratti di alveo condizionati da effetti di marea devono essere adottate le procedure operative previste per questo caso specifico dalla letteratura tecnica. c. Misure idrometriche e topografiche Autorità di bacino del fiume Po 29 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Quando la misura di trasporto al fondo viene eseguita contestualmente con la misura di trasporto in sospensione, è sufficiente utilizzare le informazioni derivanti dai rilievi, integrati con misure idrometriche estese fino al termine delle operazioni di campagna. Quando la misura di trasporto al fondo viene eseguita in modo indipendente è necessario eseguire i rilievi topografici di collegamento ai punti fissi di riferimento e le misure idrometriche durante il periodo delle operazioni in campo, come descritto per le misure correntometriche. d. Trattamento dei campioni Il materiale campionato deve essere sottoposto a un pretrattamento di addensamento in cono Imhoff e successivamente ad essiccazione in stufa termostatica a 105 °C e pesatura con bilancia di precisione per determinarne il peso secco. Se la quantità di materiale campionato è limitata, deve essere applicato il procedimento di filtrazione su membrana in nitrato di cellulosa di porosità 0.45 µ descritto per le misure di trasporto solido in sospensione, determinando anche in questo caso il peso secco del campione. I residui di tutti i campioni devono essere miscelati per costituire un campione medio, sul quale deve essere eseguita l’analisi granulometrica secondo lo standard ASTM o con la metodica descritta, in funzione delle dimensioni dei granuli e del quantitativo di materiale disponibile. 31. Misure di trasporto di fondo: elaborazione dei dati e restituzione dei risultati. Si deve procedere al calcolo delle portate solide specifiche relative a ciascun punto di campionamento con l’espressione: Sb = aGs/bT dove: Sb = trasporto solido per unità di superficie attraversata a = fattore di calibrazione del campionatore (L.C. van Rijn, 1986) Gs = peso secco del materiale campionato; b = larghezza dell’apertura della bocca; T = intervallo di campionamento. La portata solida specifica in ogni locazione è la media dei valori ottenuti nei rispettivi punti di campionamento. 30 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Relazione Le portate specifiche delle locazioni vengono riferite ai rispettivi tratti di sezione di influenza, la cui larghezza viene stabilita in base al rilievo batimetrico del fondo e all’interasse tra le locazioni, determinando le portate solide parziali. La portata solida al fondo complessiva deriva dalla somma delle portate parziali. I risultati delle misure devono essere espressi in una scheda di sintesi, nella quale vengono evidenziati i dati generali del sito, i dati idrometrici, l’andamento della batimetria con l’indicazione delle locazioni di misura, i valori delle portate solide specifiche e quello della portata solida complessiva. I risultati devono essere corredati del dato di precisione delle misure, valutato secondo un protocollo standard che tenga conto dei seguenti fattori di errore principali: - numero di campioni prelevati in ogni punto di misura; - numero di punti di misura distribuiti in senso longitudinale in ogni locazione; - numero di locazioni nella sezione di misura; - tempo di campionamento. I parametri di errore devono essere stabiliti per via sperimentale nel corso delle indagini preliminari necessarie per la definizione di dettaglio della metodica. Le prove devono essere finalizzate a ritarare, con riferimento alle condizioni dei corsi d’acqua in oggetto, le tabelle e i diagrammi di valutazione dei fattori di errore messe a punto sperimentalmente per corsi d’acqua di diversa tipologia (cfr. Carey/1985). 32. Misure di trasporto di fondo: qualifica del personale tecnico. La complessità delle operazioni di misura del trasporto solido e la differenziazione delle competenze tecniche richieste nelle diverse fasi del processo di acquisizione del dato, rendono necessario l’impiego di una équipe di tecnici specializzati supportata da una adeguata struttura organizzativa. Le caratteristiche del personale tecnico da impiegare sono stabilite e verificate dalla specifica procedura prevista dal programma di Garanzia di Qualità. Deve comunque essere assicurata la disponibilità di operatori di elevata capacità tecnica relativamente alle seguenti funzioni. - Operatività in campo per misure a guado, con imbarcazione, da ponte o teleferica, in condizioni ordinarie e di piena, con impiego di attrezzature pesanti (argani, pesi, campionatori) e di strumentazione che richiede controlli di funzionalità in sito (mulinelli e strumenti topografici). Normalmente la squadratipo adibita alle operazioni di campagna è composta da 3-4 operatori che Autorità di bacino del fiume Po 31 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali devono agire in coordinazione e con perfetta conoscenza della strumentazione, delle attrezzature, delle procedure operative e delle norme di sicurezza. - Laboratorio - terre per misure di concentrazione, analisi granulometriche con diverse metodiche, analisi mineralogiche. - Gestione dei mezzi informatici per l’elaborazione dei dati. - Controllo e validazione dei risultati. - Organizzazione delle campagne di misura (coordinamento generale con altri comparti dei servizi meteoidrometrici per la programmazione delle misure nei diversi siti di indagine, pronto intervento in piena, logistica, imprevisti operativi). Parte II.d: 33. stazioni di misura fisse del trasporto solido in sospensione Criteri per l’ubicazione delle installazioni fisse. Per quanto possibile è opportuno ubicare le installazioni di questo tipo in corrispondenza di siti già strumentati per il monitoraggio in continuo dei livelli idrometrici e delle portate. Questa soluzione consente di disporre già in partenza di alcune dotazioni necessarie per l’equipaggiamento della stazione: - sensore idrometrico; - eventuale teleferica; - riferimenti fissi, planoaltimetrici e idrometrici; - eventuali strutture di supporto e protezione dei dispositivi (per esempio la cabina della teleferica); - eventuali allacciamenti elettrici e telefonici. Nei casi in cui sia possibile integrare la stazione di misura con una installazione per il monitoraggio in continuo della qualità dell’acqua (per esempio rete MARIUS sui corsi d’acqua piemontesi), possono essere utilizzati gli equipaggiamenti normalmente già in dotazione a questo tipo di stazione: impianto di pompaggio, strumentazione idrometrica e torbidimetrica, sedimentatore, campionatore automatico, allacciamenti elettrici e telefonici. Se il sito di indagine non dispone di installazioni di misura, ne deve essere valutata l’idoneità dal punto di vista idraulico (rappresentatività delle condizioni di flusso, presenza di controlli idraulici adeguati per stabilire la scala di deflusso delle portate 32 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Relazione ecc.) e dal punto di vista logistico (possibilità di predisporre riferimenti planoaltimetrici fissi) idoneità per l’installazione in alveo di sistemi di pompaggio e di sensori idrometrici, presenza di strutture di supporto per l’esecuzione di misure di trasporto solido anche con portate elevate, agevole accessibilità con equipaggiamenti pesanti, possibilità di portare l’allacciamento elettrico, ecc.). 34. Strumentazione, attrezzature, opere strutturali. La stazione deve essere dotata dei seguenti dispositivi: - sensore idrometrico elettronico (a ultrasuoni o a pressione); - torbidimetro; - campionatore automatico; - sedimentatore; - stazione elettronica per acquisizione dati e attuazione comandi automatici. Le opere strutturali di servizio sono costituite da: - opere in alveo per l’installazione del sensore idrometrico; - impianto di captazione e pompaggio per il prelievo della portata di circolazione nella stazione di misura; - cabina strumenti attrezzata per l’installazione del torbidimetro, del campionatore automatico, del sedimentatore e dell’elettronica di servizio. Le stazioni possono essere dotate di sistema di teletrasmissione per il trasferimento in tempo reale dei dati ad un’unità centrale. 35. Gestione della stazione di misura. La stazione funziona rilevando in continuo: - il livello idrometrico, a cui può essere automaticamente associato il valore della portata in base alla scala di deflusso della sezione, che deve essere determinata e aggiornata mediante misure correntometriche dirette; - la torbidità dell’acqua, parametro al quale può essere associato un dato di concentrazione di sostanze in sospensione, disponendo di curve di taratura ottenute da prelievi diretti in diverse condizioni idrologiche. L’unità elettronica periferica deve essere predisposta per attivare il campionatore automatico al superamento dei valori di soglia prefissati del livello idrometrico e della torbidità; i campioni, prelevati secondo un ciclo di volumi e frequenze di Autorità di bacino del fiume Po 33 Relazione Piano Stralcio delle Fasce Fluviali campionamento programmabili, vengono sottoposti a filtrazione in laboratorio secondo la procedura applicata per le misure dirette di trasporto in sospensione, per determinarne i valori di concentrazione da utilizzare nella verifica delle curve di taratura. Il sedimentatore ha la funzione di campionare in continuo le sostanze in sospensione producendo campioni cumulativi (diversificati per eventi idrologici) da sottoporre ad analisi granulometrica ed esame mineralogico. Regolando la portata di alimentazione del sedimentatore (e quindi il tempo di ritenzione) si può agire sulle classi granulometriche ritenute più significative. La sezione di misura deve essere sottoposta ad un’accurata fase di taratura iniziale e a periodici controlli di taratura e funzionalità. Devono essere in particolare determinate: - la scala di deflusso (relazione livello - portata) della sezione; - le curve di taratura dei solidi in sospensione: I = f (C) con: I = segnale di output del sensore di torbidità; C= concentrazione di solidi in sospensione. La scala di deflusso viene stabilita mediante misure di portata correntometriche. Le curve della concentrazione di solidi sospesi vengono determinate in base a campionamenti diretti eseguiti in più punti della sezione per varie condizioni di torbidità e di portata. Al segnale strumentale viene associato il valore della concentrazione media nella sezione (in questo senso è importante studiare con cura l’ubicazione e la struttura del punto di captazione della stazione, in modo che il valore di concentrazione in questo punto sia il più possibile vicino al valore medio nella sezione di misura). I dati devono essere analizzati per trovare le funzioni più rappresentativi in diverse condizioni di portata. Parte II.e: 36. stazioni di misura fisse del trasporto solido al fondo Per le tipologie di alveo in oggetto non può essere definito uno standard di stazione di misura del trasporto di fondo. E’ necessario eseguire preliminarmente in ogni sito una 34 Autorità di bacino del fiume Po Piano Stralcio delle Fasce Fluviali Relazione analisi dettagliata delle caratteristiche geometriche e di flusso, della logistica, dei costi di realizzazione e dei risultati attesi. Sul piano operativo si ritiene opportuno in una prima fase verificare la possibilità di eseguire stime di trasporto solido attraverso la misura dei volumi di materiale depositato a tergo di opere idrauliche esistenti (traverse, soglie, invasi artificiali). In corrispondenza dei siti suddetti si dovrà stabilire una rete di punti fissi di coordinate planoaltimetriche note, a supporto dei rilievi topografici. Occorre procedere quindi a rilievi dell’alveo e valutare i volumi di deposito prodotti dagli eventi di piena. Dove è possibile devono essere eseguite operazioni di disalveo periodiche, precedute e seguite da accurati rilievi topografici, per creare una sufficiente capacità di intercettazione del materiale di trasporto. In una fase successiva all’attività di monitoraggio devono essere definiti, sulla scorta delle informazioni acquisite, eventuali dispositivi di cattura del materiale di trasporto per la misura diretta dei volumi movimentati. In corrispondenza di siti di indagine ubicati su alvei con caratteristiche montane o lungo i tratti di sbocco nel fondovalle, si può procedere allo studio della dinamica del trasporto di fondo applicando tecniche di tracciamento con radioisotopi; quantitativi significativi del materiale di trasporto con pezzatura tipica vengono sottoposti a marcatura mediante radioisotopi specifici (Au-198, Sc46, Cr-81, Ag-110) e successivamente rilasciati sulla testata del tratto di alveo in studio. Dopo ogni evento di piena viene rilevata la posizione degli elementi radioattivi mediante sonda a scintillazione, ricostruendo in questo modo i percorsi del materiale marcato. A queste informazioni dovranno essere associati i dati di portata e velocità della corrente, per definire il quadro complessivo dei fenomeni. Autorità di bacino del fiume Po 35