Relazione del corso di Sistemazione dei bacini idrografici

Università degli Studi di Padova

Corso di laurea in riassetto del territorio e tutela del paesaggio

Relazione tecnica di sistemazione dei bacini idrografici

Progetto di consolidamento del bacino del torrente Rio Battisti

Provincia Autonoma di Trento
Comune di Palù del Fersina
Studente: Simoncello Fabio (n° mat. 1165649)
Docente: Prof. D’Agostino Vincenzo
a.a. 2019-2020

Indice

1. Introduzione .............................................................................................................................. 3
2. Identificazione e delimitazione del bacino idrografico sede dell’intervento ................. 4
3. Morfometria del bacino ........................................................................................................... 6
4. Elaborazione statistico-probabilistica delle piogge intense della stazione di riferimento per il bacino in esame (analisi degli afflussi) ........................................................ 13
   • Regolarizzazione di Gumbel e verifica tramite il test di Matalas ...................................... 13
   • Linea segnalatrice di possibilità pluviometrica (LSPP) ..................................................... 26
5. Calcolo delle portate di progetto (analisi dei deflussi di piena) ..................................... 29
   • Metodo razionale applicato al metodo SCS ..................................................................... 31
   • Modello cinematico o metodo della corrivazione ........................................................... 34
6. Definizione dell’intervento di sistemazione e trasporto solido atteso ........................... 42
   • Determinazione della pendenza di correzione ................................................................. 43
   • Determinazione dell’altezza e del numero delle briglie di consolidamento da costruire ..... 45
   • Determinazione della capacità di trasporto solido al fondo ............................................. 46
     • Calcolo della capacità di trasporto secondo Schoklitsch ........................................... 46
     • Calcolo della capacità di trasporto secondo Smart e Jaeggy .................................... 47
7. Progettazione di un’opera di consolidamento tipo .......................................................... 51
   • Dimensionamento idraulico .............................................................................................. 52
   • Dimensionamento statico .................................................................................................. 58
     • Verifica al ribaltamento ........................................................................................... 59
     • Verifica allo scorrimento ........................................................................................ 60
     • Verifica allo schiacciamento ................................................................................... 61
8. Dimensionamento della controbriglia a valle della briglia cardine ................................ 66
9. Disegno in scala del bacino e dell’opera .............................................................................. 67

Introduzione

La relazione propone un progetto di consolidamento del bacino del torrente Rio Battisti, il quale risulta essere un bacino dotato di un forte dislivello tra la quota massima (2428 m.s.l.m.) e la quota della sezione di chiusura (1408 m.s.l.m.) in relazione alla dimensione del bacino di superficie inferiore a 3 km²; per cui si presenta come un bacino dotato di una scarsa stabilità sia lungo i versanti sia per quanto riguarda il collettore principale. La relazione analizza le dinamiche idrauliche e idrologiche del corso d’acqua al fine di stabilire una pendenza di correzione al fine di dare un equilibrio al bacino e limitare gli elementi di instabilità. Il progetto, al fine di conseguire il consolidamento, prevede una serie di briglie a gradonata in un tratto di 202 m nella parte finale del bacino, in modo che il materiale proveniente da monte possa sedimentarsi nelle zone sovrastanti le briglie e si assista ad un innalzamento del profilo con una diminuzione della pendenza, garantendo quindi una stabilità adeguata anche per gli eventi di piena eccezionali.

Identificazione e delimitazione del bacino idrografico sede dell’intervento

Il bacino del torrente Rio Battisti è localizzato interamente nel Comune di Palù del Fersina, nella zona centro-orientale della Provincia Autonoma di Trento, mentre rispetto al capoluogo dista circa 20-25 km in direzione nord-est (fig. 1).

Figura 1. Localizzazione del Comune di Palù del Fersina rispetto a Trento

In particolare, il Bacino del Rio Battisti è situato nella zona centro-settentrionale del Comune di Palù del Fersina (fig. 2) e si estende per una superficie di 2,87 km², chiudendosi nella zona orientale del centro abitato e convogliando nel Torrente Fersina.

Figura 2. Localizzazione del Bacino del Rio Battisti all’interno della superficie comunale

Nella relazione è allegato un estratto della CTR (carta tecnica regionale) elaborato dal candidato, la quale rappresenta in modo topografico le caratteristiche del bacino. Per la gerarchizzazione dei rami fluviali del bacino nella suddetta relazione è stata utilizzata la numerazione di Horton-Strahler, che attribuisce il numero d’ordine 1 ai canali naturali di prima formazione i quali sono segmenti senza affluenti. Due elementi di primo ordine a valle del loro punto di confluenza danno origine ad un segmento di 2^o ordine e così via fino all’asta principale (collettore che giunge alla sezione di chiusura) avente numero d’ordine k e sarà l’ordine del bacino. Nel caso del Rio Battisti, come mostrato dall’allegato cartografico n°1, l’ordine del bacino è pari a 4.

Morfometria del bacino

Due proprietà dei reticoli idrografici sono il numero di segmenti N_u e la lunghezza media L_u dei segmenti di ciascun ordine u. Al crescere dell’ordine u, il numero di segmenti N_u diminuisce mentre la lunghezza L_u aumenta; pertanto i segmenti di primo ordine sono i più corti mentre quelli di ordine più elevato dovranno compiere un percorso sempre maggiore prima di incontrare un altro segmento dello stesso ordine.

Si procede quindi ad analizzare il rapporto tra il numero di segmenti N_u e quello di ordine successivo, detto rapporto di biforcazione, il quale si mantiene pressoché costante. Al fine di considerare l’intero bacino è quindi necessario calcolare il rapporto di biforcazione medio R_b, calcolabile tramite la media dei singoli rapporti di biforcazione dei segmenti riferiti ad ogni ordine u. Come risulta dalla tabella 1 il bacino del Rio Battisti è caratterizzato da un rapporto di biforcazione medio di 3,22; ovvero ogni segmento di ordine u + 1 si suddivide in 3,22 rami per dare origine ad un segmento di ordine u. Analizzando poi la reazione lineare che sussiste tra il numero di segmenti N_u e l’ordine u si ricava la Prima legge di Horton, che definisce il numero di segmenti che ci si aspetta per un dato ordine.

Viene rappresentata la tabella riassuntiva dei risultati ricavati dalla equazioni.

Un ulteriore parametro morfometrico preso in esame è il rapporto tra la lunghezza totale del reticolo idrografico e la superficie del bacino, denominato densità di drenaggio e misurato in km^-1. Nel caso del Bacino del Rio Battisti la densità di drenaggio è pari a 1,42 km^-1.

Infine, l’ultimo parametro preso in considerazione per la descrizione della rete idrografica è l’indice di torrenzialità, definito come il rapporto tra il numero di segmenti di primo ordine e l’area del bacino di ordine k in cui ricadono. Per il Bacino del Rio Battisti l’indice di torrenzialità è pari a 11,1.

La forma planimetrica del bacino condiziona alcuni fenomeni idrologici che in esso si verificano, come il trasferimento delle gocce di pioggia cadute sul bacino. Per cui ai fini dello studio del Bacino del Rio Battisti sono stati presi alcuni fattori, di cui per primo l’indice di compattezza del bacino o indice di Gravelius: 0,29 A^0.5. Nel caso del bacino preso in analisi il fattore R_k è pari a 1,41.

Un altro fattore preso in analisi è un indice di forma proposto da Horton: A/L², avendo indicato con A l’area del bacino e con L la lunghezza massima dell’asta principale pari a 2421,71 m. Si ricorda infine l’indice di Melton, che fornisce un’indicazione sull’acclività del bacino e quindi la propensione del bacino a fenomeni di colata detritica, di equazione: ΔH/A^0.5. Nel caso del Rio Battisti l’indice di Melton è pari a 0,58.

La tabella riassuntiva riportante le caratteristiche del bacino e gli indici trovati viene riportata qui sottostante.

Al fine di completare l’informazione morfometrica è necessario stabilire la distribuzione delle aree che compongono un bacino in relazione alle curve di livello che delimitano le suddette aree. Questo perché l’informazione altimetrica consente di determinare l’altitudine media del bacino, la pendenza media dei versanti e quella dell’asta principale. Partendo dall’analisi dell’altitudine media si è suddiviso il bacino in aree parziali (A_j) comprese tra due curve di livello e a ciascuna area si è assegnata una quota media (h_j) pari alla media delle due curve di livello che la delimitano.

Per il calcolo dell’altitudine media si è utilizzata la seguente relazione. Nel caso del Bacino del Rio Battisti l’altitudine media è pari a 1954,5 m.s.l.m.

Mediante la suddivisione delle fasce altimetriche è possibile costruire l’istogramma delle fasce altimetriche (fig. 3), assunte di 50 metri per il bacino.

Istogramma delle aree

• Fasce di quota (m.s.l.m.)
• Area (km²)

Figura 3. Istogramma della distribuzione delle aree

Per il calcolo della pendenza media si è utilizzata la seguente relazione. Nel caso del Bacino del Rio Battisti la pendenza media è risultata essere del 51,00% (o 27,14°).

In modo analogo si procede alla costruzione dell’istogramma delle pendenze (fig. 4) per ogni fascia di quota, assunta anche in questo caso di 50 m.

Istogramma delle pendenze

• Fasce di quota (m.s.l.m)
• Pendenza (m/m)

Figura 4. Istogramma della distribuzione delle aree

Mediante questi dati ricavati è quindi possibile ottenere la costruzione della curva ipsografica caratteristica del bacino (fig. 5), la quale fornisce la distribuzione delle superfici nelle diverse fasce altimetriche; infatti ogni punto della curva ha come ordinata un valore di quota h_j e come ascissa la superficie parziale del bacino A_j posta al di sopra della quota considerata. L’area racchiusa dalla curva ipsografica e gli assi cartesiani rappresenta il volume del rilievo.

Curva ipsografica

• Area (km²)
• Curva ipsografica
• Quota media (m.s.l.m.)

Figura 5. Curva ipsografica

La curva ipsografica può essere rappresentata anche in un diagramma adimensionale, denominato curva ipsometrica (fig. 6), che riporta la quota h_j rapportata al valore massimo h_max e in ascissa la superficie A_j posta a quota maggiore o eguale a h_j rapportata all’intero bacino. Dall’andamento di quest’ultima è possibile comprendere il grado di evoluzione di un bacino, ovvero il grado di erosione.

Per il Bacino del Rio Battisti si ipotizza uno stadio di maturità, ovvero una condizione di equilibrio.

Curva ipsometrica adimensionale

• Area adimensionale
• Curva ipsometrica
• Bisettrice

Figura 6. Curva ipsometrica adimensionale

Si riporta infine l’andamento altimetrico del collettore principale (fig. 7), in particolare viene evidenziato il tratto sottoposto ad intervento di consolidamento, compreso tra i 1552,5 m.s.l.m. di altitudine e i 1511,1 m.s.l.m. di altitudine, che distano rispettivamente dalla sorgente 1,64 km e 1,84 km.

Profilo collettore principale

• Lunghezza (m)
• Profilo collettore
• Tratto da sistemare

Figura 7. Profilo altimetrico del collettore principale

Per una visione più accurata del tratto da sistemare viene proposto l’allegato 2 in cui viene riportato il profilo longitudinale del tratto oggetto di sistemazione. Il collettore principale ha una lunghezza di 2421,71 m e un dislivello di 447,1 m, con una pendenza media pari al 18,00% (10,46°), a dimostrazione di una forte instabilità del collettore.

Elaborazione statistico-probabilistica delle piogge intense della stazione di riferimento per il bacino in esame (analisi degli afflussi)

Regolarizzazione di Gumbel e verifica tramite il test di Matalas

Tale metodo prevede l’analisi delle massime annuali di pioggia per le durate di 0,5, 1, 3, 6 e 12 ore caratterizzate da un preciso tempo di ritorno fornendo delle indicazioni delle precipitazioni attese. Essendo un metodo di tipo statistico-probabilistico quest’analisi di frequenza necessita di una serie campionaria con rigorosi requisiti statistici, quali l’omogeneità, l’indipendenza e la casualità. Prima di procedere alla regolarizzazione secondo Gumbel può risultare utile costruire l’istogramma delle frequenze relative e la curva delle frequenze cumulate.

Per quanto concerne l’istogramma delle frequenze relative (fig. 8) la scelta del numero di classi è basata sulla relazione di Iman e Canover (1983): k ≥ 1,5 ln(N + 1) dove k è il numero di classi e N la popolosità del campione. È possibile inoltre verificare che il numero di classi sia sufficiente se vale la disequazione 2 ^N.

Per la precipitazione di durata 1 ora è emerso quanto riportato in tabella 3; il numero di classi utilizzato è stato quindi pari a 7.

Figura 8. Istogramma delle frequenze relative per la durata di precipitazione di 1 ora

Istogramma delle frequenze relative per P=1 ora

• Classi di altezza per P=1 ora

Inoltre, per semplice sommatoria dell’