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