RACCOMANDAZIONI PER LA MAPPATURA DELLE AREE A RISCHIO DI INONDAZIONE
E CONSEGUENTE A MANOVRE DEGLI ORGANI DI SCARICO O AD IPOTETICO
COLLASSO DELLE DIGHE
1. REQUISITI DEGLI STUDI
Gli studi relativi alle onde di piena artificiali conseguenti a
manovre degli organi di scarico o ad ipotetico collasso delle
dighe consistono in un elaborato tecnico conforme alle indicazioni
di seguito riportate.
Lo studio e' completato dalla compilazione della scheda riportata in
allegato alle presenti raccomandazioni.
I sopraindicati elaborati forniscono informazioni sugli scenari degli
incidenti probabili in materia di dighe, anche sulla base dei
quali sono redatti dai Prefetti i relativi piani di emergenza.
2. DESCRIZIONE DELLA DIGA
Nella prima parte degli studi sono riportate tutte le informazioni di
carattere generale utili per la identificazione e localizzazione
della diga e per la conoscenza del suo utilizzo e della sua
gestione. In esso sono pure descritte le principali
caratteristiche dello sbarrarmento, dei suoi organi di scarico,
dell'invaso artificiale. nonche' del bacino idrografico sotteso
ed e' inoltre segnalata e localizzata la presenza di altri
sbarramenti posti a monte e/o a valle della diga. Con riferimento
al progetto originario della diga, e' indicata la portat di
progetto degli organi di scarico ed, eventualmente, le valutazioni
delle portate di piena affluente nel bacino con assegnato tempo di
ritorno. Ove disponibile e riportata anche l'entita' della massima
piena osservata.
3. PIENE ARTIFICIALI PER MANOVRE DEGLI ORGANI Dl SCARICO
Lo studio deve esaminare la variabilita' dei parametri maggiormente
significativi e di piu' incerta determinazione (scabrezze,
interrimento. effetti bidimensionali, etc). motivando
adeguatamente la scelta dei valori assunti nel calcolo.
3.1. Ipotesi di manovra
Negli studi e' valutato, separatamente, l' effetto della manovra dei
soli organi di scarico profondi e di manovra contemporanea degli
organi di scarico superficiali e profondi.
Nelle elaborazioni sono adottate le manovre di massima rapidita'
compatibili con il funzionamento anche anomalo od accidentale,
degli organi di scarico.
Quale schema semplificato puo' essere adottato quello di manovre
istantanee.
Nel caso di manovra congiunta degli scarichi superficiali e profondi,
deve essere verificato che lo schema di manovra adottato individui
effettivamente la condizione piu' gravosa nei riguardi del picco
della portata complessivamente effluente.
3.2. Condizioni idrauliche e valutazione delle portate effluenti
La valutazione delle portate effluenti attraverso gli organi di
scarico e' effettuata assumendo, quale condizione preesistente
alla manovra, un livello del serbatoio pari alla quota massima di
regolazione. Nelle elaborazioni si tiene conto delle variazioni
del livello idrico nel serbatoio artificiale indotte dall'apertura
degli scarichi. Per gli invasi di grande capacita', quale schema
semplificato, puo' essere adottato un livello idrico del serbatoio
di ritenuta costante nel tempo. Quest'ultimo schema deve comunque
essere associato all'ipotesi di istantaneita' della manovra di
apertura degli scarichi. Si ipotizza che gli scarichi rimangano
completamente aperti a tempo indeterminato.
3.3. Rilievi della geometria a valle della diga
La caratterizzazione geometrica delle aree potenzialmente soggette ad
inondazione deve essere effettuata in base a cartografia
ufficiale, o prodotta da soggetti pubblici, di sufficiente
dettaglio, di norma a scala non inferiore a 1 : 5000, e con
l'ausilio di specifici rilievi in sito.
Laddove la cartografia disponibile sia in scala 1 : 10000 o minore,
devono essere effettuati specifici rilievi in sito per tutte le
sezioni idrauliche dell'alveo e della valle interessate alla
potenziale inondazione. Alla cartografia uficiale, in tal caso, e'
riservato il ruolo di quadro d'assieme dei rilievi e di base per
il tracciamento delle aree potenzialmente inondate.
Nei casi in cui invece la cartografia disponibile sia in scala 1 :
5000 o sia di dettaglio ancora maggiore, i rilievi in sito sono
limitati a quelle sezioni corrispondenti a particolari
configurazioni morfologiche del fiume, o caratterizzate dalla
presenza di infrastrutture in alveo che possono assumere un ruolo
di controllo delle modalita' del deflusso durante il transito
della piena artificiale.
Nei calcoli sono sempre utilizzate le sezioni normali alla direzione
del moto dopo aver verificato che esse risultino non solo in
numero adeguato. ma anche localizzate in modo da consentire una
corretta descrizione della variabilita' della geometria dell'alveo
e della valle.
Nell'uso della cartografia deve essere sempre accertato che, dalla
data del rilevamento, non siano intervenuti mutamenti nell'uso del
territorio limitrofo al corso d'acqua, o lungo l'alveo stesso, il
cui mancato rilievo possa alterare significativamente i risultati
dello studio o ridurne l'immediata utilizzabilita' ai fini della
Protezione Civile.
3.4. Propagazione dell'onda di piena
Lo studio della propagazione verso valle dell'onda di piena dovuta a
manovre degli organi di scarico delle dighe e' affrontato, di
norma, per mezzo di simulazione numerica. Non e' pero' escluso
l'impiego di modelli fisici.
L'applicazione dei modelli per la simulazione numerica della
propagazione delle onde di piena e' facilitato dall'esistenza di
opportuni codici di calcolo, generalmente facenti riferimento a
schemi di moto monodimensionale in forma piu' o meno semplificata.
All'atto della scelta del codice di calcolo e' opportuno
sincerarsi che esso sia stato sottoposto ad ampie verifiche e sia
stato validato sulla base di situazioni reali.
In tutti i casi si fa riferimento a modelli di propagazione della
piena che considerano l'alveo fisso, cioe' non soggetto a processi
di erosione o deposito.
Il modello impiegato deve tenere conto di tutti i parametri e
condizioni che possono portare a sensibili scostamenti dei
risultati, quali ad esempio coefficiente di scabrezza, la presenza
di ostacoli naturali o artificiali (ponti, viadotti, rilevati
etc.) forti variazioni longitudinali e trasversali dell'alveo,
etc.
In particolare il modello di propagazione deve tener conto:
- dell'eventuale presenza di marcati restringimenti delle sezioni
idrauliche, sia di carattere naturale che legati alla presenza di
strutture in alveo;
- dell'inondazione di ampie aree pianeggianti o fortemente
urbanizzate;
- del sormonto di arginature o altre condizioni che portino alla
formazione di zone allagate ove sia notevole l'espansione laterale
della piena.
L'alveo a valle dello sbarramento va considerato inizialmente
asciutto.
L'estensione del tratto fluviale soggetto al calcolo di propagazione
deve essere non minore di 20 km a meno che esso non confluisca
prima in mare o in un lago di grande capacita'. In caso di
confluenza in un altro corso d'acqua, il calcolo puo' essere
arrestato solo allorche' quest'ultimo presenti portate di piena
naturali nettamente maggiori di quelle oggetto dello studio e
cioe' nei casi in cui sia scontato che la piena dovuta a manovre
degli organi di scarico defluisca ben contenuta nell'alveo
naturale a valle della confluenza.
3.5. Rappresentazione dei risultati
Il principale risultato richiesto agli studi in questione e'
l'individuazione delle zone soggette a potenziale inondazione: la
mappa delle aree allagabili e' la sintesi dei risultati delle
varie elaborazioni che riveste la maggiore importanza.
La rappresentazione della massima estensione di tali aree deve,
ovviamente essere chiara e di facile lettura e localizzazione. E'
dunque necessario che essa sia tracciata su una cartografia quanto
piu' completa ed aggiornata possibile. E' opportuno che nelle zone
di maggiore espansione dell'inondazione, siano anche riportate le
curve di egual valore dei tiranti idrici.
Deve anche essere fornito, su supporto magnetico, un file ASCII in
cui sono riportate le coordinate geografiche dei vertici della
poligonale che descrive il perimetro delle aree allagate.
La rappresentazione dei risultati dello studio e' completata con
ulteriori elaborati tra i quali gli inviluppi tracciati lungo
tutto il tratto di fiume oggetto del calcolo di propagazione:
- delle massime altezze idriche;
- dei carichi idraulici totali;
- dei tempi di arrivo del colmo e delle quote del pelo libero;
- delle velocita' della corrente;
- delle portate defluenti.
E' inoltre, ritenuto particolarmente utile che gli studi riportino
anche i profili idrici longitudinali della piena per almeno tre
istanti significativi.
Per completezza di esposizione, devono essere riportate anche le
tabulazioni, eventualmente sintetiche, dei valori numerici delle
principali grandezze in gioco, fornite dai vari metodi o codici di
calcolo adottati.
Occorre anche riportare, in forma grafica e tabellare, la curva di
espansione dell'invaso e quella delle portate degli scarichi in
funzione della quota di invaso.
4. PIENE ARTIFICIALI PER IPOTETICO COLLASSO DELLA DIGA
Anche in questo caso lo studio deve esaminare la variabilita' dei
parametri maggiormente significativi e di piu' incerta
determinazione (formazione della breccia. scabrezze,
interrimento, effetti bidimensionali. etc), motivando
adeguatamente la scelta dei valori assunti nel calcolo.
4.1. Ipotesi di cedimento
4.1.1. Dighe murarie
La necessita' di prefigurare la condizione di rottura piu' gravosa in
relazione alla generazione dell'onda di piena, impone che il
crollo sia considerato totale interessante cioe' l'intera diga, a
meno che la tipologia sia tale da richiedere la verifica di
stabilita per ogni singolo elemento strutturale costituente
l'opera. In tal caso il crollo puo' essere ragionevolmente
ipotizzato parziale, interessante cioe' i soli elementi
strutturali di maggiore altezza, in numero comunque tale da
fornire un rapporto tra le aree delle sezioni di breccia e diga
non minore di 1/3.
L'asportazione della diga, o di una parte della quale si suppone il
crollo, e' considerata istantanea.
4.1.2. Dighe di materiali sciolti
Nelle dighe di materiali sciolti l'asportazione del rilevato avviene
con modalita' di sviluppo della breccia nel corpo diga dipendenti
dall'intensita' dell'azione erosiva dell'acqua tracimante lo
sbarramento.
Da quanto suddetto ne consegue che l'asportazione del rilevato
risulta praticamente sempre parziale e progressiva.
4.1.3. Dighe miste e serbatoi fuori alveo
Per le dighe miste e per i serbatoi fuori alveo, sono analizzate
separatamente le varie ipotesi di cedimento, adottando quella che
provoca la maggiore portata di picco nell'idrogramma di piena
uscente attraverso la breccia, nonche' quella che provochi
l'allagamento di zone di particolare interesse a valle dello
sbarramento.
4.2. Condizioni idrauliche alla rottura
4.2.1 Dighe murarie
Per le dighe murarie e' ipotizzato che il collasso della struttura
non sia legato ad eventi idrologici intensi, cosicche' la
condizione idraulica iniziale piu' gravosa da considerarsi e'
quella di serbatoio pieno fino alla quota massima di regolazione.
Durante il processo di efflusso attraverso la breccia creatasi per
rottura della diga, possono essere trascurate le portate in
ingresso al serbatoio e le portate eventualmente rilasciate
attraverso gli organi di scarico.
4.2.2 Dighe di materiali sciolti
Per le dighe di materiali sciolti si ipotizza che il collasso sia
dovuto ad una piena di carattere eccezionale, non smaltita dagli
organi di scarico della diga, e che causi percio' il completo
riempimento del serbatoio ed il sormonto dello sbarramento.
Come condizione idraulica iniziale e' dunque da assumersi un livello
del serbatoio pari alla quota del coronamento della diga.
Salvo casi particolari, riferibili a dighe con invasi di modesto
volume o dighe soggette ad onde di piena da rottura di sbarramenti
posti a monte, le portate in ingresso al serbatoio durante lo
svolgersi del fenomeno di efflusso per brecciatura della diga
possono essere trascurate, risultando il loro effetto contenuto
nei riguardi del processo di generazione dell'onda di piena
artificiale da rottura.
Le portate rilasciate attraverso gli organi di scarico superficiale
sono valutate in relazione ai livelli idrici presenti nel
serbatoio. Trattandosi di livelli superiori a quelli di progetto,
occorre verificare la reale capacita' di smaltimento delle portate
da parte delle opere di scarico. Le portate rilasciate attraverso
gli scarichi di mezzofondo e di fondo possono invece essere
trascurate.
4.3. Metodi di valutazione delle portate uscenti attraverso la
breccia 4.3 1. Tipo di approccio
Le portate uscenti attraverso la breccia a seguito del collasso di
uno sbarramento di ritenuta sono valutate utilizzando metodologie
di simulazione numerica. Non e' pero' escluso il ricorso a modelli
fisici.
4.3.2. Dighe murarie
Per le dighe murarie una prima valutazione dell'onda di piena
effluente puo' essere effettuata assimilando il fenomeno della
rottura all'eliminazione istantanea di una paratoia di sezione
trasversale pari. a quella della diga inserita in un canale
prismatico, utilizzando quindi i relativi risultati teorici.
Con un calcolo piu' accurato, generalmente basato su approcci di tipo
numerico, e' possibile tenere conto di quegli aspetti presenti nel
fenomeno reale e non riprodotti dallo schema di paratoia nel
canale.
4.3.3. Dighe di materiali sciolti
Per le dighe di materiali sciolti l'idrogramma delle portate
effluenti va determinato utilizzando modelli matematico-numerici
che permettono di riprodurre l'interazione tra la corrente
defluente attraverso la breccia ed il materiale solido costituente
il rilevato.
E' raccomandato il confronto tra i risultati forniti dai modelli
matematico- numerici con le formule empiriche basate su analisi
statistiche dei dati relativi ai casi storici di rottura.
4.3.4. Dighe miste e serbatoi fuori alveo
Per le dighe miste e i serbatoi fuori alveo, al fine di individuare
l'ipotesi di rottura piu' gravosa da adottare in via definitiva
nello studio, si dovranno valutare, secondo gli schemi descritti
ai punti precedenti, le portate di picco risultanti dalle
modalita' di collasso citate al punto 4.1.3.
4.4. Dighe in serie
Lo studio dell'ipotetica rottura di una diga posta a valle di un
altro sbarramento artificiale, fermo restando la necessita' del
calcolo riferito al collasso della singola diga secondo quanto
descritto ai punti precedenti, richiede un'ulteriore verifica.
E' infatti necessario esaminare anche la possibilita' che l'evento
che porta alla rottura della diga in esame si identifichi con
l'onda generata dal collasso dello sbarramento artificiale di
monte. Occorre verificare se gli organi di scarico della diga di
valle siano in grado di far fronte all'onda di piena in arrivo
(nel qual caso l'evento non provoca il collasso) o, viceversa, se
si prefigura il completo riempimento dell'invaso e il suo
successivo sormonto.
In quest'ultimo caso, anche per le dighe murarie, e in via
cautelativa, va ipotizzato che il collasso dello sbarramento
avvenga, secondo le modalita' descritte al punto 4.1.1., in
corrispondenza del raggiungimento del livello idrico nel serbatoio
pari alla quota di coronamento.
Per onde di piena quali quelle generate da rottura di dighe poste a
monte, le portate in ingresso al serbatoio risultano ovviamente
tutt'altro che trascurabili e devono pertanto essere considerate
nel calcolo. Tali portate, tuttavia, sono in questo caso ben
definite essendo il risultato della propagazione dell'onda da
rottura della diga di monte.
E' raccomandato che la valutazione delle onde di piena da rottura di
dighe in serie sia svolta di concerto tra i gestori delle varie
opere di ritenuta coinvolte e si concretizzi in un unico studio
che fornisca un quadro d'assieme delle aree soggette a potenziale
inondazione. In caso contrario, ogni studio deve estendere
l'analisi fino al primo sbarramento artificiale presente a valle
della diga in esame. E' evidente, in tal caso, che i gestori degli
sbarramenti posti nella valle sono tenuti a fornire tutte le
informazioni ed i dati necessari alla formulazione dello studio.
4.5. Geometria delle aree a valle della diga
La caratterizzazione geometrica delle aree potenzialmente soggette ad
inondazione deve essere effettuata sulla base della cartografia
ufficiale, o prodotta da soggetti pubblici, alla scala di maggior
dettaglio disponibile, e con l'ausilio di specifici rilievi in
sito.
Laddove la cartografia disponibile sia in scala 1 : 25000, devono
essere effettuati specifici rilievi in sito per tutte le sezioni
idrauliche significative dell'alveo e della valle interessate alla
potenziale inondazione, sufficienti cioe' per la completa
descrizione dei luoghi. Alla cartografia in scala 1 : 25000 e'
riservato il ruolo di quadro d'assieme dei rilievi e di base per
il tracciamento delle aree potenzialmente inondate.
Nei casi in cui invece la cartografia disponibile sia in scala 1 :
10000 1 : 5000, sia di dettaglio ancora maggiore, i rilievi in
sito sono limitati a quelle sezioni corrispondenti a particolari
configurazioni morfologiche del fiume o caratterizzate dalla
presenza di infrastrutture in alveo, che possono assumere un ruolo
di controllo delle modalita' del deflusso durante il transito
della piena artificiale.
Nei calcoli sono sempre utilizzate le sezioni normali alla direzione
del moto, dopo aver verificato che esse siano non solo in numero
adeguato, ma anche localizzate in modo da consentire una corretta
descrizione della variabilita' della geometria dell'alveo e della
valle.
Nell'uso della cartografia occorre sempre accertare che dalla data
del rilevamento, non siano intervenuti mutamenti nell'uso del
territorio limitrofo al corso d'acqua, o lungo l'alveo stesso, il
cui mancato rilievo possa alterare significativamente i risultati
dello studio o ridurne l'immediata utilizzabilita' ai fini della
Protezione Civile.
4.6. Propagazione dell'onda di piena
Come nel caso delle onde di piena dovute a manovre degli organi di
scarico, lo studio della propagazione verso valle dell'onda di
piena da rottura di dighe e' affrontato per mezzo di simulazione
numerica. Anche in questo caso non e' escluso l'impiego di modelli
fisici.
Per quanto attiene ai modelli di calcolo della propagazione in alveo
dell'ipotetica onda di piena da rottura di diga, valgono
considerazioni analoghe a quelle riportate al punto 3.4.
All'atto della scelta del codice di calcolo e' opportuno sincerarsi
che esso sia stato sottoposto ad anpie verifiche: e sia stato
validato sulla base di situazioni reali.
Il modello impiegato deve tenere conto di tutti i parametri e
condizioni che possono portare a sensibili scostamenti dei
risultati, quali ad esempio coefficiente di scabrezza, la presenza
di ostacoli naturali o artificiali (ponti, viadotti, rilevati,
etc.) forti variazioni longitudinali e trasversali dell'alveo
etc.
In particolare il modello di propagazione deve tener conto:
- dell'eventuale presenza di marcati restringimenti delle sezioni
idrauliche. sia di carattere naturale che legati alla presenza di
strutture in alveo;
- dell'inondazione di ampie aree pianeggianti o fortemente
urbanizzate;
- del sormonto di arginature o altre condizioni che portino alla
formazione di zone allagate ove sia notevole l'espansione laterale
della piena.
4.6.3. Trasporto di materiale solido
Le modificazioni della configurazione dell'alveo fluviale, per
fenomeni di deposito o di erosione durante il passaggio delle
piene da rottura di dighe, possono portare a marcati scostamenti,
spesso a svantaggio della sicurezza, tra i reali livelli del pelo
libero e le corrispondenti valutazioni fatte supponendo il fondo
dell'alveo fisso.
I modelli a fondo mobile - che descrivono il propagarsi dell'onda
di piena, le modificazioni dell'alveo e le interazioni tra tali
due fenomeni - sono tuttavia alquanto complessi, spesso di
difficile applicazione a situazioni reali e, generalmente, non
implementati in codici di calcolo di facile impiego.
Negli studi, quindi, e sufficiente il riferimento a considerazioni
di tipo qualitativo, che consentono di individuare le zone
presumibilmente soggette ad elevato deposito, con possibilita' di
marcati sopralzi del pelo libero od ostruzione di luci di opere di
attraversamento, e le zone ove e da attendersi una forte erosione,
con rischio di crolli lungo le sponde ed improvvisa immissione di
quantita' notevoli di materiale solido in alveo. Nei casi in cui
le considerazioni di tipo qualitativo facciano emergere
un'influenza notevole dei fenomeni di trasporto dei sedimenti
sull'estensione delle aree potenzialmente inondabili, e'
auspicabile che se ne tenga conto, anche in maniera approssimata,
nel modello a fondo fisso, ovvero che si ricorra all'impiego di
modelli anche semplificati a fondo mobile.
4.6.4. Estensione del tratto fluviale soggetto al calcolo di
propagazione
Il calcolo di propagazione e' esteso a tutto il tratto fluviale a
valle della diga lungo il quale le massime portate dovute all'onda
artificiale si mantengono superiori alle portate naturali
considerate nella formulazione dei piani di previsione e
prevenzione degli eventi di piena naturali. In mancanza di
indicazioni specifiche, puo' essere assunta una portata di piena
naturale associata ad un tempo di ritorno pari a 500 anni.
Il principio suddetto si mantiene valido anche nel caso di
confluenza in laghi naturali: il calcolo puo' essere arrestato
solo allorche' l'effetto di laminazione del lago sia tale che
nell'emissario le portate defluenti non superino quelle
considerate nei piani di previsione e prevenzione delle piene
naturali.
Nel caso di confluenza in laghi artificiali occorre riferirsi alle
indicazioni riportate al punto 4.4.
4.7. Rappresentazione dei risultati
Per la rappresentazione dei risultati dello studio, restano valide
le considerazioni gia' riportate al punto 3.5.
Il principale risultato richiesto e' l'individuazione della zone
soggette a potenziale inondazione: la mappa delle aree allagabili
e' la sintesi dei risultati delle varie elaborazioni che riveste
la maggiore importanza.
La rappresentazione della massima estensione di tali aree deve,
ovviamente essere chiara e di facile lettura e localizzazione.
Affinche' essa risulti di immediata utilizzazione. ai fini della
Protezione Civile, e' necessario che venga tracciata su una
cartografia quanto piu' completa ed aggiornata possibile. E' anche
opportuno che siano riportate su di essa le curve di egual valore
dei tiranti idrici nelle zone di maggiore espansione
dell'inondazione.
Deve anche essere fornito su supporto magnetico un file ASCII in
cui sono riportate le coordinate geografiche dei vertici della
poligonale che descrive il perimetro delle aree allagate.
La rappresentazione dei risultati dello studio e' completata con
ulteriori elaborati tra i quali non dovranno mancare gli inviluppi
tracciati lungo tutto il tratto di fiume, oggetto del calcolo di
propagazione:
- delle massime altezze idriche;
- dei carichi idraulici totali
- dei tempi di arrivo del colmo;
- delle quote del pelo libero;
- delle velocita' della corrente
- delle portate defluenti.
E' inoltre ritenuto particolarmente utile che gli studi riportino
anche i profili idrici longitudinali della piena per almeno tre
istanti significativi.
Per completezza di esposizione devono essere riportate anche le
tabulazioni, eventualmente sintetiche, dei valori numerici delle
principali grandezze in gioco, fornite dai vari metodi o codici di
calcolo adottati.
E' opportuno, infine, che sulle mappe siano individuate ed
evidenziate:
- le opere di attraversamento del corso d'acqua che possano essere
sormontate dalla corrente o che si prestino a rischio di erosione;
- i tronchi fluviali per i quali il pericolo di esondazione puo'
essere aggravato da fenomeni di sovralluvionamento dell'alveo o da
ostruzioni delle luci delle opere di attraversamento;
- le aree protette dalla piena da argini o terrapieni, indicando le
quote assolute del pelo libero in alveo, ottenute dal calcolo di
propagazione, utilizzate per la loro perimetrazione.
----> Vedere SCHEDA ALLEGATO da Pag. 51 a Pag. 61 della G.U. <----