Idrologia e costruzioni idrauliche - Analisi Idraulica

Fornendo una descrizione generale del fiume Arno e del suo bacino, è utile

sapere che esso ha origine dal versante meridionale del monte Falterona, alla

quota di 1385 m.s.l.m..

Dopo un primo tratto

percorso con direzione

prevalente Nord-Ovest-

Sud-Est, l'Arno lascia il

Casentino e, attraverso

la stretta di S. Maria,

sbocca nella piana di

Arezzo.

A circa 60 Km dalle

sorgenti, nei pressi del

bordo occidentale della

piana, si congiunge con

il Canale Maestro della

Chiana ed entra quindi

nel Valdarno Superiore dove scorre con direzione Sud-Est / Nord-Ovest sino

a Pontassieve fino alla confluenza con la Sieve, suo principale affluente di

destra. Da qui piega decisamente verso Ovest e mantiene tale direzione fino

alla foce. È in questo ultimo tratto che confluiscono i restanti importanti

affluenti di destra e sinistra. 2

L’intero bacino imbrifero si estende su una superficie di 8.228 Km e viene

2

solitamente suddiviso in 6 sottobacini principali: Casentino (895 Km ), Val di

2 2 2

Chiana (1362Km ), Valdarno Superiore (997Km ), Sieve (846Km ), Valdarno

2 2

Medio (1375Km ) e Valdarno Inferiore(3641Km ).

Dal punto di vista delle caratteristiche morfologiche, circa il 32 % dei terreni

è classificabile come pianeggiante o montuoso, mentre è predominante la

parte del territorio classificabile come collinare con pendenza di poco

superiore al 15%. Le formazioni geologiche sono in prevalenza impermeabili

costituite da argille, marne e arenarie compatte. La parte prevalentemente

permeabile del bacino non supera il 5% dell'intera superficie.

Dal punto di vista climatico la temperatura media annua diminuisce

procedendo dal mare verso l'interno della vallata.

L'andamento mensile delle temperature è nel complesso caratterizzato in tutto

il bacino da un progressivo aumento da gennaio sino a luglio, e da un

altrettanto progressiva diminuzione da luglio a dicembre.

-Area di studio

Il tratto del fiume Arno oggetto della modellazione idraulica è quello che

scorre nei pressi di Empoli, con esattezza dalla località “Le Grotte” a quella di

“Marcignana”, (sezioni AR0371 – AR0359).

Il tratto in esame è visibile nelle immagini seguenti ricavate da Google Earth,

Google Maps e dalla Carta tecnica della regione Toscana 1:10000.

Figura 2: Area studio (Google Maps) Figura 3: Area studio(Google Earth)

Figura 4: Area studio (CTR 1:10000)

Per eseguire la modellazione idraulica abbiamo utilizzato il software Hec-Ras,

sviluppato dall’ Hydrologic Engineering Center, ipotizzando un regime di moto

della corrente di tipo permanente (profilo di velocità indipendente dal tempo).

In particolare il moto permanente rappresenta una condizione di moto che si

origina per una qualunque causa che produce, in una sezione di un corso

d’acqua, un’altezza d’acqua diversa da quella di moto uniforme.

E’ interessante osservare che tale causa perturbatrice non influenza solo la

sezione perturbata, ma si propaga a valle e/o a monte in base alla velocità

della corrente.

Ad una prima analisi del tratto scelto, è possibile fare le seguenti

considerazioni:

A monte del tratto in esame non si riscontra la presenza di manufatti in

- grado di influenzare il regime di moto che, pertanto, può essere

considerato di tipo uniforme.

In corrispondenza della sezione AR0362 si riscontra la presenza di un

- ponte con piloni in acqua che provoca un restringimento della sezione

e, conseguentemente, la variazione dell’assetto idrometrico durante il

deflusso della portata di piena.

A valle del tratto in esame è presente una soglia, visibile nelle immagini

- seguenti. Tuttavia essendo ad una distanza sufficiente dalla sezione di

valle del tratto scelto, anche in questo caso ipotizziamo che non influenzi

il regime di moto. Figura 5:Posizione della soglia

Figura 6: Immagine della soglia

-Geometric Data

Le sezioni necessarie per eseguire l’analisi idraulica, sono state ricavate dal

sito dell’Autorità di bacino del fiume Arno.

Le sezioni di monte e di valle del tratto scelto, sono rappresentate nelle

immagini seguenti: Figura 7: Sezione di monte AR0371

Figura 8: Sezione di valle AR0359

I valori di scabrezza utilizzati per le varie sezioni sono:

-Main Channel Clean, straight, full, stones and weed (Normal) = 0.035



-ROB Trees, cleared land with tree stump, no sprouts (Normal) = 0.040



-LOB Trees, cleared land with tree stump, no sprouts (Minimum) 0.030



I valori assunti sono giustificati dalle immagini seguenti:

Figura 9: Sponde Arno, realizzata dal Ponte alla Motta guardando verso monte

Figura 10: Sponde Arno, realizzata dal Ponte alla Motta guardando verso monte

Figura 11: Arno sotto il Ponte alla Motta, immagine del fondo roccioso

Figura 12: Arno sotto il Ponte alla Motta, immagine del fondo roccioso

Come detto, tra la sezione AR0363 e la AR0361 è presente un ponte, la cui

rappresentazione Hec-Ras è visibile nell’immagine seguente:

Figura 13: Sezione del Ponte alla Motta AR0362

Inserendo tutte le sezioni relative al tratto in esame e definendone i valori

della distanza dalla sezione subito a valle, si ottiene il seguente risultato:

Figura 14: Rappresentazione Hec-Ras tratto in esame

-Steady Flow Data

Proprio come per le sezioni, anche i valori di portata, considerando un tempo

di ritorno pari a 200 anni, li abbiamo ricavati dal sito dell’Autorità di bacino

del fiume Arno.

Riferendoci alla sezione AR0371, abbiamo utilizzato un valore della portata

3

pari a Q=3702 m /s e come condizione abbiamo considerato una pendenza

pari a i =0.25%.

f

Di seguito sono riportate le modellazioni idrauliche relative alle sezioni di

monte, di valle ed in corrispondenza del ponte.

Inoltre è presente anche una immagine relativa al “profile plot” ed una

rappresentazione tridimensionale del tratto analizzato.

Figura 15: Sezione di monte AR0371

Figura 16: Sezione di valle AR0359

Figura 17:Sezione del Ponte alla Motta(Upstream)

Figura 18: Sezione del Ponte alla Motta(Downstream)