UNIVERSITA` DEGLI STUDI DI FIRENZE FACOLTA` DI

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZE
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
Corso di laurea in
INGEGNERIA PER L’AMBIENTE E IL TERRITORIO
ANNO ACCADEMICO 2006/2007
Tesi di Laurea:
MODELLAZIONE DEL SISTEMA IDRAULICO DELLA CASSA DI ESPANSIONE
DI MADONNA DELLA TOSSE: POSSIBILI CONTRIBUTI DI TIPO GESTIONALE
ABSTRACT
Relatori:
Prof. Ing. Enio Paris
Ing. Luca Solari
Ing. Andrea Focardi
Candidato
Marco Mignacca
SOMMARIO
INTRODUZIONE ______________________________________________________________ 1
CAPITOLO 1 - IL SISTEMA DI LAMINAZIONE DI CASTELFIORENTINO ______________________ 2
1.1 Descrizione dell'opera ___________________________________________________________________________ 2
CAPITOLO 2 – ANALISI DEI RISULTATI DEL MODELLO IDRAULICO________________________ 4
2.1 Premessa ______________________________________________________________________________________ 4
2.2 Scenari idrologici di riferimento ___________________________________________________________________ 4
2.3 Risultati della simulazione ________________________________________________________________________ 5
2.3.1 Scenario 1 __________________________________________________________________________________________ 6
CAPITOLO 3 – ANALISI DELLA STABILITÀ DEGLI ARGINI _______________________________ 8
3.1 Premessa ______________________________________________________________________________________ 8
3.2 Modellazione con il programma SEEP\W©___________________________________________________________ 8
3.3 Risultati della simulazione ________________________________________________________________________ 9
CAPITOLO 4 – OPZIONI DI GESTIONE _____________________________________________ 11
4.1 Premessa _____________________________________________________________________________________ 11
4.2 Gestione delle paratoie __________________________________________________________________________ 11
4.3 Influenza sulle condizioni idrauliche degli interventi di manutenzione _____________________________________ 12
CONCLUSIONI ______________________________________________________________ 13
BIBLIOGRAFIA _____________________________________________________________ 15
Introduzione
INTRODUZIONE
L’elaborato di tesi è stato preparato durante il tirocinio effettuato presso il Consorzio di Bonifica delle Colline del
Chianti.
La D.C.R. 123 del 5 ottobre 2004 ha attribuito all’Ente la competenza sul comprensorio n° 21 (Val d’Elsa) della
Toscana, il consorzio ha, quindi, avviato un’attività conoscitiva del territorio e delle opere presenti.
Il presente lavoro ha lo scopo, infatti, di analizzare un sistema idraulico realizzato sul fiume Elsa, in particolare si
tratta della cassa di espansione di Madonna della Tosse, situata in sinistra idrografica del fiume a valle di
Castelfiorentino.
Gli obiettivi di tale opera sono molteplici, in particolare: la messa in sicurezza del centro abitato di Castelfiorentino,
la laminazione della portata di piena e l'attuazione degli interventi mirati a ridurre le portate immesse dal fiume Elsa in
Arno, come previsto dal Piano di Bacino dell'Arno.
L’intero sistema idraulico è descritto nel primo capitolo.
Nel capitolo 2 l’attenzione è dedicata ai risultati ottenuti con la simulazione effettuata sul modello realizzato
attraverso il software HEC-RAS 3.1.3, combinando varie condizioni idrologiche con le possibili opzioni di gestione.
Attraverso l’utilizzo di un altro programma, il SEEP\W© GeoStudio 2004 versione 6.02, è stata effettuata l’analisi
di stabilità sugli argini di due sezioni, scelte per le particolari condizioni di esercizio a cui sono sottoposte, come
spiegato nel capitolo 3.
Infine nel capitolo 4 sono prese in esame alcune possibili opzioni di gestione del sistema, confrontandole in base ai
risultati ottenuti dalle modellazioni effettuate.
1
Capitolo 1
Il sistema di laminazione di Castelfiorentino
CAPITOLO 1 - IL SISTEMA DI LAMINAZIONE DI CASTELFIORENTINO
1.1 Descrizione dell'opera
Il sistema, inaugurato il 3 gennaio 2004, è costituito da un canale
scolmatore il cui scopo è intercettare eventuali portate in eccesso che
defluiscono nell’Elsa; la derivazione è regolata attraverso delle paratoie
mobili radiali. Il sistema di apertura previsto è ridondante: quello
principale è automatico, ovvero regolato dalla spinta dell'acqua; è
presente inoltre un sistema oleodinamico ed infine una pompa
manuale. La condizione di esercizio programmata dal progetto 1
prevede di mantenere le paratoie chiuse e di regolare la loro apertura
nel modo seguente: la paratoia centrale deve cominciare a sollevarsi
quando il pelo libero è a 50,50 m s.l.m. (ovvero 1 m al di sopra della
soglia di sfioro), mentre quelle laterali quando il pelo libero raggiunge
50,80 m s.l.m.
L’ultimo tratto del canale (circa 38 metri) è costituito da due
condotte che sottopassano l’argine sinistro dell’Elsa, il deflusso nel
fiume è regolato da due paratoie piane a clapet, ciascuna di dimensioni
Figura 1.1 – Planimetria del sistema di laminazione di
Madonna della Tosse.
trasversali 2,20 x 2,50 m.
La cassa d’espansione è stata realizzata in sinistra idrografica del fiume Elsa a valle di Castelfiorentino, in località
Madonna della Tosse. È costituita da tre moduli in cascata ed occupa una superficie complessiva di 164 ettari, ha una
capacità di invaso di circa tre milioni di metri cubi.
Il primo modulo della cassa è alimentato da uno sfioratore realizzato nell’argine sinistro del canale diversivo, a
monte del manufatto di restituzione nel fiume Elsa. L’invaso degli altri due moduli è garantito dalla presenza di due
sfioratori realizzati nell’arginature traverse che separano i moduli stessi.
1
G. Caroli, Realizzazione di una cassa di espansione sul fiume Elsa in località Madonna della Tosse, Progetto Esecutivo, Provincia di
Firenze, Settore di Pianificazione Territoriale (2000).
2
Capitolo 1
Il sistema di laminazione di Castelfiorentino
L’ultimo modulo è collegato al fiume attraverso un ulteriore sfioratore per consentire di restituire all’Elsa eventuali
volumi in eccesso invasati dalla cassa di espansione.
Di seguito sono riportate alcune foto dei manufatti descritti.
Figura 1.2 – Traversa di derivazione (vista aerea).
Figura 1.3 – Paratoie mobili radiali (vista da monte)
Figura 1.5 – Interramento canale.
Figura 1.4 – Paratoie mobili radiali (vista da valle)
Figura 1.6 – Confluenza dello scolmatore in Elsa.
3
Capitolo 2
Analisi dei risultati del modello idraulico
CAPITOLO 2 – ANALISI DEI RISULTATI DEL MODELLO IDRAULICO
2.1 Premessa
Il modello del sistema idraulico della cassa di espansione di Madonna della Tosse costruito attraverso il software
HEC-RAS permette di effettuare simulazioni sia con diversi scenari idrologici sia con diverse condizioni di esercizio.
Gli scenari idrologici presi in considerazione sono relativi ad eventi di piena del fiume Elsa con diversi tempi di ritorno.
Le condizioni di esercizio riguardano i possibili funzionamenti delle paratoie, in particolare la possibilità di regolare la
loro apertura in modi differenti.
Nella tabella sottostante sono brevemente descritti i diversi scenari simulati.
Tabella 2.1 – Scenari simulati con HEC-RAS.
Nome
Scenario 1
Scenario 2
Scenario 3
Scenario 4
Scenario 5
Condizioni di esercizio
Condizioni idrologiche
Apertura paratoie regolata come
da progetto
Apertura paratoie regolata come
da progetto
Apertura paratoie regolata come
da progetto
Apertura paratoie allo stato
attuale
Tempo di ritorno: 200 anni
Tempo di pioggia crit.: 11 h
Tempo di ritorno: 200 anni Tempo di
pioggia critica: 2 h
Tempo di ritorno: 100 anni
Tempo di pioggia critica: 11 h
Tempo di ritorno: 200 anni
Tempo di pioggia crit.: 11 h
Tempo di ritorno: 200 anni
Tempo di pioggia crit.: 11 h
Paratoie eliminate
2.2 Scenari idrologici di riferimento
La progettazione della cassa di espansione di Madonna della Tosse è stata realizzata riferendosi ad un evento di
piena relativo ad un tempo di ritorno di 200 anni. Il presente lavoro è stato svolto, quindi, prendendo lo stesso scenario
idrologico di riferimento.
Gli idrogrammi sono stati elaborati mediante il modello di piena di tipo stocastico – deterministico denominato
AlTo (Alluvioni Toscana), risultato di ricerche condotte in collaborazione tra la Regione Toscana e l’Università di
Firenze.
Gli scenari utilizzati sono tre, due con tempo di ritorno 200 anni (uno riferito al fiume Elsa, l’altro al rio Pietroso,
principale affluente del canale), l’ultimo con tempo di ritorno 100 anni. Di seguito è riportato solo il primo scenario.
4
Capitolo 2
Analisi dei risultati del modello idraulico
SCENARIO IDROLOGICO 1
È riferito al tempo di pioggia critica, per un evento di piena con tempo di ritorno 200 anni, del fiume Elsa, pari a
circa 11 ore.
Di seguito riportiamo i dati relativi alle portate di picco e gli idrogrammi dei vari corsi d’acqua.
Tabella 2.2 – Portate di picco (Scenario idrologico 1)
Corso d’acqua
Portata (m3/s)
Tempo (ore)
Elsa
Rio Pietroso
Rio Morto
Grignana
1021
37
18
2
13
10
8
6
Portate (mc/s)
40
Elsa
Portate (mc/s)
1200
35
30
1000
25
800
20
600
15
400
10
5
200
0
0
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0.2
0.4
0.6
0.8
t (giorni)
Figura 2.1 – Idrogramma del fiume Elsa (Scenario idrologico 1)
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
t (giorni)
2
Rio Pietroso
Rio Morto
Rio Grignana
Figura 2.2 – Idrogramma degli affluenti (Scenario idrologico 1)
2.3 Risultati della simulazione
È necessario premettere alcune osservazioni all’esposizione dei risultati ottenuti con il modello realizzato con HECRAS.
Gli scenari idrologici più rilevanti, ovvero quelli con tempo di ritorno di 200 anni, comportano dei volumi invasati
nell’ultimo modulo della cassa di espansione tali che l’altezza d’acqua risulta superiore alle quote degli argini con
conseguente esondazione nella campagna circostante e nell’alveo dell’Elsa. Il modello tiene conto del primo fenomeno,
ma non del secondo. La portata restituita a valle risulta quindi inferiore al valore che probabilmente si verificherebbe.
L’efficienza di laminazione complessiva è quindi minore di quella calcolabile con le portate fornite dalla simulazione.
5
Capitolo 2
Analisi dei risultati del modello idraulico
Un'altra considerazione riguarda le quote delle sommità arginali lungo l’Elsa. Non è stato possibile verificare in sito
tali quote, non è quindi possibile esser certi che l’andamento del franco lungo l’Elsa riportato nei risultati seguenti sia
quello reale.
Di seguito si riporta i risultati solo del primo scenario.
2.3.1 Scenario 1
DESCRIZIONE SCENARIO
Questo scenario prevede una gestione delle paratoie come ipotizzato dal progetto dell’opera e come condizioni
idrologiche quelle relative ad un evento di piena del fiume Elsa con tempo di ritorno 200 anni (scenario idrologico 1).
L’apertura delle paratoie è così regolata: quella centrale comincia ad aprirsi quando il livello dell’acqua nell’Elsa
raggiunge la quota di 50,50 m s.l.m. e quelle laterali si aprono quando il livello è pari a 50,80 m s.l.m.
RISULTATI
Di seguito sono riportati gli idrogrammi a monte e a valle dell’intero sistema di laminazione, a monte di
Castelfiorentino e quello relativo alla derivazione nel canale diversivo.
1100.00
1000.00
900.00
800.00
Portate [mc/s]
700.00
600.00
500.00
400.00
300.00
200.00
100.00
0.00
0.00
3.33
6.67
10.00
13.33
16.67
20.00
23.33
26.67
30.00
33.33
36.67
40.00
43.33
Tempo [ore]
Monte (sez. 108)
Monte Castelfiorentino (sez. 105)
Valle (sez. 42)
Scolmatore (sez. 21)
Figura 2.3– Confronto idrogrammi (Scenario 1).
Dalla figura precedente possiamo notare che la portata massima derivata nel canale è di 244 m3/s. Questo comporta
che la portata massima che deve defluire a monte di Castelfiorentino è pari a 779 m3/s.
6
Capitolo 2
Analisi dei risultati del modello idraulico
La portata che defluisce a valle dell’opera ha un picco di 815 m3/s, tale valore è raggiunto dopo quasi 14 ore
dall’inizio dell’evento, con un ritardo rispetto all’idrogramma a monte di circa 1 ora.
L’efficienza di laminazione dell’intero sistema risulta quindi pari all’ 20% 2 , mentre l’efficienza relativa solamente al
centro urbano di Castelfiorentino è del 23,7%.
Le paratoie cominciano ad aprirsi dopo 5 ore e rimangono aperte per circa 20 ore.
Nella figura successiva sono riportati i volumi invasi dai tre moduli che costituiscono la cassa di espansione.
5000
4500
4000
Volumi (migliaia mc)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0.
00
1.
33
2.
67
4.
00
5.
33
6.
67
8.
00
9.
3
10 3
.6
12 7
.0
0
13
.3
14 3
.6
7
16
.0
0
17
.3
18 3
.6
7
20
.0
21 0
.3
3
22
.6
24 7
.0
0
25
.3
3
26
.6
28 7
.0
0
29
.3
3
30
.6
7
32
.0
33 0
.3
3
34
.6
36 7
.0
0
37
.3
3
38
.6
40 7
.0
0
41
.3
3
42
.6
7
44
.0
45 0
.3
3
0
Tempo (ore)
Modulo 1
Modulo 2
Modulo 3
Totale
Figura 2.4 – Volumi invasi (Scenario 1)
Nella seguente tabella sono riportati i valori massimi di volumi invasi dai moduli.
Tabella 2.3 – Valori massimi dei volumi invasi (Scenario 1).
Modulo 1 (m3)
Modulo 2 (m3)
Modulo 3 (m3)
Totale (m3)
2
332.000
818.400
3.220.000
4.370.400
Riguardo all’idrogramma di valle e all’efficienza di laminazione totale vedere le osservazioni riportate all’inizio del paragrafo 2.3.
7
Capitolo 3
Analisi della stabilità degli argini
CAPITOLO 3 – ANALISI DELLA STABILITÀ DEGLI ARGINI
3.1 Premessa
Nel presente capitolo sono prese in esame due particolari sezioni arginali. La
sezione n° 1 è situata nello scolmatore a monte dello sfioratore che alimenta la
cassa di espansione (corrisponde alla sezione n. 3 del canale nel modello in HECRAS). La sezione n° 2 è relativa ad un tratto dell’Elsa in cui l’argine sinistro del
fiume delimita anche il modulo finale della cassa (nel modello in HEC-RAS è la
n°54). Entrambe le sezioni presentano delle particolarità. La prima è posizionata
in prossimità della confluenza del canale nell’Elsa, la restituzione è regolata
attraverso due valvole a clapet che durante gli eventi di piena del fiume
rimangano chiuse, provocando rigurgito nel canale. Questo fenomeno, oltre a
favorire lo sfioro in cassa, determina una lunga permanenza di elevate altezze
d’acqua nel tratto di valle del canale. La seconda sezione è caratterizzata dal fatto
Figura 3.1 – Sezioni esaminate.
che l’argine è a contatto con due diversi livelli idrici, che hanno un diverso
andamento nel tempo.
3.2 Modellazione con il programma SEEP\W©
Lo studio è stato condotto attraverso il software SEEP\W©, che è una componente della piattaforma GeoStudio
2004 versione 6.02 realizzata dalla GEO-SLOPE International Ltd.
Il programma permette di costruire un modello numerico agli elementi finiti con il quale simulare la filtrazione
dell’acqua all’interno di materiali di diversa natura. La simulazione può esser fatta in moto permanente o, come nel caso
in questione, in moto vario. Gli aspetti fondamentali nella costruzione del modello sono: la discretizzazione (meshing),
la definizione delle proprietà dei materiali e delle condizioni al contorno.
A titolo di esempio sono riportati i risultati ottenuti per la sezione n°2.
8
Capitolo 3
Analisi della stabilità degli argini
3.3 Risultati della simulazione
Le simulazioni sono state effettuate senza avere a disposizioni informazioni riguardo le caratteristiche geotecniche
dei terreni. Le proprietà dei materiali utilizzate sono state scelte tra quelle messe a disposizione dal database del
programma, scegliendo quelle che sembravano più adeguate alla situazione. Il risultato, pertanto, è solo qualitativo.
La simulazione ha riguardato una sezione in cui un argine è comune all’Elsa e alla cassa di espansione; risulta quindi
sollecitato idraulicamente da entrambi i lati.
L’argine in questione è stato rafforzato per sostenere la maggiore sollecitazione. In blu è raffigurata la linea di
saturazione, posta ad una quota pari all’altezza d’acqua nella sezione dell’Elsa, relativa a portate ordinarie.
15
Ringrosso argine
Materiale 3
Materiale 2
14
Elsa
Cassa espansione
13
12
PC
11
PC
Altezza (metri slm)
10
9
8
7
Materiale 1
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Distanza (metri)
Figura 3.2 – Schema della sezione 2.
L’ipotesi fatta è che la parte più recente dell’argine abbia una permeabilità un po’ più bassa di quella preesistente.
Sono state effettuate due simulazioni con le stesse condizioni idrauliche, ma modificando la permeabilità della parte
vecchia dell’opera. Nella tabella seguente sono riportati i coefficienti di permeabilità a saturazione relativi alle due
simulazioni.
Tabella 3.1 – Coefficienti di permeabilità.
( s ) 1° Simulazione
k sat m
Terreno (Materiale 1)
Parte preesistente
(Materiale 2)
Rinforzo (Materiale 3)
( s ) 2° Simulazione
k sat m
10−6
4,3 ⋅10 −6
10−6
10−4
10 −7
10 −7
9
Capitolo 3
Analisi della stabilità degli argini
Le condizioni al contorno, ovvero l’andamento dell’altezza d’acqua nell’Elsa e nella cassa di espansione, sono stati
ricavati dalla simulazione in HEC-RAS.
I risultati della seconda simulazione sono i seguenti.
15
Ringrosso argine
Materiale 3
Materiale 2
14
Elsa
Cassa espansione
13
12
PC
11
PC
Altezza (metri slm)
10
9
8
7
6
Materiale 1
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Distanza (metri)
Figura 3.3 – Linea di saturazione al termine della simulazione.
Si può notare una possibile situazione critica al piede dell’argine, lato cassa di espansione, evidenziata nella figura
successiva. Si può instaurare un fenomeno di erosione localizzata con conseguente problemi di instabilità dell’intera
struttura.
Figura 3.4 – Piede dell’argine (lato cassa di espansione).
Risulta quindi evidente la necessità di mantenere questi argini in buone condizioni, potrebbero altrimenti collassare
in occasione di un fenomeno rilevante come l’evento di piena duecentennale.
10
Capitolo 4
Opzioni di gestione
CAPITOLO 4 – OPZIONI DI GESTIONE
4.1 Premessa
Le possibili operazioni di gestione dell’intero sistema di laminazione sono di due tipi: da una parte è possibile
modificare il comportamento idraulico intervenendo sulla regolazione del sistema di apertura delle paratoie; dall’altra
parte è necessario effettuare gli interventi di manutenzione ordinaria e straordinaria.
4.2 Gestione delle paratoie
In fase di progetto è stato stabilito che le paratoie devono essere chiuse e la loro apertura regolata con i seguenti livelli
idrici: 50,50 m s.l.m. per quella centrale, 50,80 m s.l.m. per le due laterali (i corrispondenti contrappesi sono 58,25 kN e
23,39 kN).
La condizione di esercizio attuale è però differente, la paratoia centrale è aperta e quelle laterali sono chiuse. Non
avendo a disposizione informazioni precise, è stata considerata, a scopo cautelativo, la situazione peggiore, vale a dire le
paratoie bloccate nella posizione descritta.
Sono state messe a confronto le due condizioni di esercizio ora enunciate ed inoltre un ulteriore possibile gestione,
ovvero tutte e tre le paratoie bloccate nella loro posizione di massima apertura. Nelle tre diverse simulazioni è stato
usato lo stesso scenario idrologico, quello relativo ad un evento di piena dell’Elsa con tempo di ritorno 200 anni.
La simulazione mette in evidenza che il sistema idraulico, nel suo complesso, non risulta particolarmente sensibile
alle diverse regolazioni delle paratoie. La diversa gestione ha per conseguenza, ovviamente, diverse portate derivate nel
canale; lo scenario relativo alla condizione di esercizio attuale, in particolare, comporta un valore molto minore del
deflusso nel diversivo, questo ha come conseguenza un maggior deflusso nell’Elsa attraverso Castelfiorentino. Uno
degli scopi principali dell’opera, però, era proprio la messa in sicurezza del centro abitato.
Anche la condizione ipotizzata di paratoie completamente aperte presenta degli svantaggi rispetto alla gestione
prevista in fase di progetto. Nel primo caso, infatti, sono derivate nel canale anche portate che potrebbero scorrere
nell’Elsa in condizioni di sicurezza. Frequenti deflussi nel diversivo sono, però, sconsigliabili, perché possono
comportare la sedimentazione del materiale solido trasportato. Infatti, dato che la confluenza nell’Elsa è regolata
attraverso delle paratoie a clapet, è molto probabile un ristagno dell’acqua nel canale che favorisce la sedimentazione.
Nel lungo periodo tale fenomeno può provocare l’interrimento del canale riducendo la sua sicurezza idraulica.
11
Capitolo 4
Opzioni di gestione
4.3 Influenza sulle condizioni idrauliche degli interventi di manutenzione
I principali interventi di manutenzione necessari a conservare inalterata l’efficienza idraulica dell’intero sistema
sono:
•
asportazione del materiale sedimentato nel bacino d’invaso per evitarne l’interrimento;
•
manutenzione dell’asta fluviale, soprattutto attraverso le periodiche operazioni di sfalcio, per mantenere entro certi
valori la scabrezza;
•
controllo degli argini per mantenere inalterata la loro efficacia;
•
manutenzione programmata delle paratoie per garantirne la funzionalità.
Le periodiche operazioni di sfalcio sono indispensabili a mantenere i valori di scabrezza entro valori accettabili e
questo è essenziale a garantire condizioni di sicurezza nelle sezioni.
Nel grafico successivo riportiamo, a titolo di esempio, la variazione del franco di una sezione del canale scolmatore al
variare del valore del coefficiente di Manning. Lo scenario utilizzato è sempre lo stesso, in particolare quello relativo ad
un evento di piena del fiume Elsa con tempo di ritorno 200 anni e condizioni di esercizio definite dal progetto.
1.8
1.6
Variazione del franco della sezione
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
0.05
0.055
0.06
Scabrezza (Coefficiente di Manning)
Figura 4.1 – Variazione del franco di una sezione dello scolmatore al variare della scabrezza (Scenario 1).
Le operazioni di sfalcio si inquadrano, per quanto riguarda il coefficiente di Manning, in un intervallo compreso tra
0,025 e 0,030. Dal grafico si può dedurre che tale intervallo corrisponde ad una variazione del franco della sezione di
circa mezzo metro.
Un altro intervento di manutenzione precedentemente indicato è l’asportazione di materiale sedimentato dentro il
bacino d’invaso per evitare il fenomeno dell’interrimento. Quest’operazione è fondamentale soprattutto per quanto
concerne l’ultimo modulo della cassa di espansione. La simulazione ha messo in evidenza che gli argini non sono in
grado di contenere il volume invaso nel caso di un evento di piena duecentennale.
12
Conclusioni
CONCLUSIONI
L’elaborato di tesi si inquadra nell’attività conoscitiva avviata dal Consorzio di Bonifica delle Colline del Chianti,
presso il quale è stato svolto il tirocinio, riguardo al territorio della Val d’Elsa. In particolare lo studio si occupa del
sistema di laminazione presente sul fiume Elsa in corrispondenza di Castelfiorentino.
L’analisi è stata svolta con il supporto di due specifici software: il primo, HEC-RAS 3.1.3, ha permesso la
modellazione idraulica dell’intero sistema; il secondo, SEEP\W© GeoStudio 2004 versione 6.02, ha consentito uno
studio della filtrazione attraverso i corpi arginali di due sezioni.
La costruzione del modello idraulico si è dimostrata particolarmente laboriosa, data la complessità del sistema in
esame. Le difficoltà maggiori sono state riscontrate nel nodo di immissione del canale nell’Elsa regolato con due valvole
a clapet. Tali paratoie risultano contemporaneamente nella sezione terminale del diversivo ed in una struttura laterale
del fiume, situazione non modellabile con gli strumenti offerti da HEC-RAS. È stato necessario, pertanto, escogitare
particolari accorgimenti.
Avendo a disposizione un modello, è possibile simulare differenti scenari, combinando diverse condizioni
idrologiche e diverse opzioni di gestione.
Nel sistema in esame le diverse condizioni di esercizio riguardano le possibili regolazioni dell’apertura delle paratoie
radiali che governano la derivazione dall’Elsa verso il canale.
Nel presente lavoro sono stati analizzati gli scenari riassunti nella tabella successiva.
Tabella 1 – Scenari simulati con HEC-RAS.
Condizioni idrologiche
Condizioni
di esercizio
delle
paratoie
Progetto
Attuale
Tr 200 anni
Pioggia critica:
11h
Scenario 1
Scenario 4
Eliminate
Scenario 5
Tr 200 anni
Pioggia critica:
2h
Scenario 2
Tr 100 anni
Pioggia critica:
11h
Scenario 3
I risultati delle simulazioni condotte mostrano che l’efficienza complessiva del sistema non è influenzata in modo
significativo dalla presenza delle paratoie e, quindi, da eventuali differenti regolazioni della loro apertura.
13
Conclusioni
Tuttavia la derivazione regolata con le paratoie consente di evitare frequenti deflussi nel diversivo, questa
circostanza è importante al fine di impedire l’interrimento dello stesso, con conseguente limitazione della sua sicurezza
idraulica.
È fondamentale, però, che la gestione delle paratoie sia quella indicata dal progetto dell’opera, ovvero la paratoia
centrale si deve aprire quando il livello in Elsa arriva a 50,50 m s.l.m. e quelle laterali quando il pelo libero raggiunge i
50,80 m s.l.m. La condizione attuale, in cui le paratoie risultano bloccate (quelle laterali sono chiuse, quella centrale
completamente aperta), non consente di sfruttare la completa capacità del sistema con la conseguenza che la portata
che deve defluire, nel caso di un evento di piena duecentennale, attraverso Castelfiorentino non risulta contenibile in
alveo.
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BIBLIOGRAFIA
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