RELAZIONE IDROLOGICA E IDRAULICA

1. PREMESSA

Oggetto della presente relazione è il dimensionamento e la verifica idraulica del collettore terminale

della rete di fognature di acque meteoriche a servizio della zona industriale di Cecchini in Comune

di Pasiano di Pordenone, per una lunghezza di circa 140 metri, con recapito nel rio Fossatella.

Le opere si rendono necessarie nell’ambito dei lavori di ampliamento del complesso produttivo

della ditta Durante e Vivan S.p.a. sito nella zona industriale succitata. Il progetto prevede

l’edificazione di un’area coperta, di estensione pari a 2085 m2 circa, prospiciente il fosso da

tombinare; tra il canale e il manufatto ad uso industriale viene realizzata una viabilità interna di

larghezza superiore a 5 metri.

Il dimensionamento viene effettuato seguendo due criteri di verifica:

• la capacità della tubazione di progetto di esitare la portata meteorica di massima piena;

• il mantenimento dei volumi di invaso del complesso canale di scolo – rio Fossatella.

2. NOTE GENERALI

2.1 La rete fognante esistente

La zona industriale di Cecchini è servita da una rete fognaria di acque miste formata da un

collettore principale del DN 800 mm in c.a. che si sviluppa lungo Via Galoppat e recapita le portate

ad un pozzetto di sfioro; qui i reflui vengono allontanati verso la stazione di sollevamento e addotti

al depuratore; le acque meteoriche vengono sfiorate in una tubazione del DN 1250 mm in c.a. e,

attraverso il canale in oggetto recapitate nella Fossatella.

Il bacino tributario del canale di scolo da tombinare si estende per circa 39,50 ha.

L’impianto di trattamento scarica le acque depurate nella Fossatella circa 100 metri a valle

dell’immissione in oggetto, con portate di punta in tempo di pioggia pari a 26,64 m3/h, equivalenti a

0,007 m3/s, praticamente ininfluenti rispetto alla portata del corso d’acqua (dati desunti dal

“Progetto Esecutivo dei lavori di costruzione delle fognature a servizio della frazione di Cecchini

nel Comune di Pasiano - 9° stralcio” a firma dell’Ing. Franco Aprilis del 16.11.1988).

2

2.2 La Fossatella

Il rio Fossatella ha origine presso Corva, in Comune di Azzano Decimo. Dopo aver fiancheggiato

l'abitato di Villotta di Visinale procede con direzione NE-SW verso Pozzo, dove, poco a monte, si

immette nel fiume Fiume. Risente dei regimi di piena del Fiume, esondando nei terreni subito a

monte dell'immissione.

Per il calcolo della portata di piena della Fossatella si è fatto riferimento alla “Relazione Integrativa

alla Domanda di Nulla Osta Idraulico” a firma del Dott. Ing. Franco Aprilis datata 10.10.1990,

redatta nell’ambito del progetto esecutivo citato nel precedente paragrafo.

La superficie del bacino imbrifero del rio Fossatella sotteso alla tubazione di scarico di Via

Pescarate è di circa 795 ha. Considerato un tempo di ritorno di 100 anni e le registrazioni massime

annue di durata 1, 2, 3, 4 e 5 giorni del pluviografo di Azzano Decimo, il calcolo è stata svolto con

il metodo cinematico e il tempo di corrivazione determinato con la formula di Ventura . La portata

di piena risulta paria 13,26 m3/s e il tempo di corrivazione di 0,67 giorni.

La portata di piena dell’intero bacino (996,87 ha) è stata calcolata anche da Seriani - Del Zotto,

estensori delle relazioni geologiche e idrauliche che accompagnano il PRGC, per tempi di ritorno di

25 e 100 anni, rispettivamente in 8 e 13,6 m3/s.

Vista la vicinanza dell’immissione di Via Pescarate, situata circa 1500 m a monte del canale di

progetto, si ritengono le grandezza idrauliche sopra calcolate sufficientemente dettagliate per

descrivere il regime idraulico della Fossatella alla sezione di chiusura in esame.

3. IDROLOGIA

Il calcolo delle portate meteoriche è stato condotto considerando un tempo di ritorno di 10 anni.

3.1 Elaborazione delle precipitazioni

L’analisi idrologica è stata condotta a partire dai dati di precipitazione di notevole intensità e breve

durata registrati nel pluviografo di Sacile (il più vicino a Pasiano di Pordenone con un numero di

osservazioni sufficientemente esteso) nel periodo 1924-2011 (vedi allegato B).

Attraverso un’elaborazione statistico-probabilistica dei valori estremi effettuata con il metodo di

Gumbel, si è la curva di possibilità pluviometrica per il tempo di ritorno di 10 anni.

Stazione pluviografica di Sacile, periodo di osservazione 1924-2011

Elaborazione statistica con il metodo di Gumbel

Tempo di ritorno 10 anni

Parametri c.p.p. a [mm/ora^n] n

Scrosci 52.89 0.4429

3

I parametri a e n definiscono la curva di possibilità pluviometrica (c.p.p.) di equazione h = a tn,

dove:

� h=altezza di pioggia [mm];

� t=durata dell’evento meteorico [ore].

Poiché la superficie del bacino in esame ha un’estensione superiore a 10 ha, per tenere conto

dell’influenza che tale fattore comporta sulla curva delle piogge, si sono utilizzati i coefficienti

correttivi di Puppini, indicati con le seguenti equazioni per le modifiche delle costanti a ed n

dell’equazione caratteristica da inserire nell’espressione del coefficiente udometrico:

a’ = a [1-0,084 A/100 + 0,007 (A/100)2];

n’ = n + 0,014 A/100;

nelle quali A è l’area del bacino in km2.

Per i bacini caratterizzati da durate di precipitazioni critiche inferiori all’ora qual è quello in esame,

per tenere conto della variazione del coefficiente di deflusso in funzione del tempo, si è moltiplicato

il valore della curva di possibilità pluviometrica n per 4/3 (Fantoli – Ippolito).

3.2 Stima della portata di piena

In funzione della curva di possibilità pluviometrica determinata in precedenza, si stima con il

metodo cinematico la portata di massima piena per la quale dimensionare l’intervento di progetto.

4

Al variare delle caratteristiche dello ietogramma (durata, forma e intensità della precipitazione),

l’idrogramma che si ottiene presenta andamenti e portate di colmo di volta in volta differenti. Il

problema risiede nel trovare l’evento meteorico (evento critico) che fornisce la massima portata al

colmo, la portata critica.

Considerando uno ietogramma di progetto costante, il problema si riconduce alla determinazione

della durata critica della precipitazione.

Nel metodo cinematico la durata critica dell’evento meteorico è presa pari al tempo di corrivazione

del bacino.

La portata massima è data dalla formula: Q = 278 φhA/tc (m3/s)

Essendo:

� h in m l'altezza di pioggia di assegnato tempo di ritorno e di durata pari al tempo di

corrivazione ragguagliata al bacino in esame;

� A il bacino scolante in km2;

� tc il tempo di corrivazione in ore;

� φ il coefficiente di deflusso dipendente soprattutto dalle caratteristiche vegetazionali e

di permeabilità del suolo, definito come rapporto tra il volume defluito durante la

pioggia e durante il tempo di corrivazione ed il volume di afflusso meteorico durante il

tempo di pioggia.

Per la scelta del coefficiente di deflusso φ si è tenuto conto della natura delle superfici scolanti del

bacino tributario; nel caso in esame si è assunto un coefficiente di deflusso φ pari a 0,50.

Per la stima del tempo di corrivazione, ovvero del tempo necessario perché una particella d'acqua

possa giungere dai punti più lontani del bacino fino alla sezione considerata, si è considerata la

formula proposta dal Civil Department dell’Università del Maryland:

( )( )

( )n

nS

c ia

KLt

4.06.0

1

3.04.04.01

6.0

3600

/3.26

+

⋅−

⋅⋅=

Dove tc è il tempo di corrivazione in secondi, L la lunghezza in metri del tratto scolante, Ks il

coefficiente di scabrezza di Gauckler – Strickler della superficie scolante, i la pendenza media del

bacino (m/m), a ed n i coefficienti della curva di possibilità pluviometrica.

5

Questi i parametri utilizzati ed il valore di portata ottenuto per il bacino in esame:

Drenaggio Urbano - Calcolo della portata con tempo di ritorno 10 anni - Metodo cinematico - Maryland

Parametri c.p.p. Estensione bacino Lunghezza collettore Pendenza

a' [mm/ora^n] n0=4/3n' [-] S [m2] L [m] i [-]

52.87 0.5906 395000 922 0.004

(L/KS)0.6

3600(1-n)·0.4

1/(0.6+0.4n) a0.4

i0.3

4.697 3.823 1.196 0.309 0.192

Scabrezza di Gauckler-Strickler Coefficiente di deflusso Coefficiente udometrico

Ks [m1/3

s-1

] ϕ [-] umax [l/s ha]

70 0.50 96.00

Tempo di corrivazione Altezza di pioggia Portata di picco

tc [s] tc [min] hpioggia [m] Qmax [l/s]

1871 31.2 0.036 3792

Dai risultati sopra riportati si evince che la portata di picco è pari a 3,80 m3/s e che il tempo di

corrivazione della rete di acque meteoriche a servizio della zona industriale è di molto inferiore di

quello della Fossatella: in occasione di un evento piovoso non c’è contemporaneità dei picchi di

piena, precedendo la rete fognante il corso d’acqua.

4. IDRAULICA

4.1 Premessa

Si modella, tramite il solutore idraulico HEC-RAS, un tratto del canale esistente per una lunghezza

di circa 140 metri. Il fosso in esame ha pendenza media dello 0,55% (condizione di valle), scarpate

regolari e fondo in terra (coefficiente di Gauckler-Strickler = 25 m1/3 s-1).

Lo scopo è quello di quantificare il livello del tirante idrico per la portata di massima piena.

6.2 Il solutore HEC-RAS

Per l’integrazione dei profili ci si basa sull'integrazione dell'equazione differenziale:

jg

vh

dx

d

dx

dE =

+=

2

2

α

Detta equazione definisce il moto permanente di una corrente in un canale a sezione composta

dove:

E = energia specifica della corrente rispetto ad un piano orizzontale di riferimento;

h = quota idrometrica nella sezione generica;

v = velocità media della corrente, α = coefficiente di Coriolis, x = ascissa della corrente

dE/dx = j rappresenta le perdite di carico per unità di peso e di lunghezza;

Posto v = Q/A, le perdite di carico possono essere espresse con la formula di Manning:

6

342

22

RA

Qnj =

dove:

A = area liquida della sezione;

R = raggio idraulico;

n = coefficiente di scabrezza.

La (1) può essere integrata alle differenze finite e sostituita dalla relazione algebrica:

( ) ( )

+

∆+

−+=

+++

1342

2

342

22

21

2

2

1 2

11

2 ii

i

iiii RA

n

RA

nQ

x

AAg

Qhh

espressa in termini finiti, l'equazione lega tra loro le caratteristiche geometriche ed idrauliche di due

sezioni contigue i ed i+1, poste a distanza ∆xi .

Le ipotesi alla base del calcolo sono quelle di moto permanente gradualmente vario,

monodimensionale, con pendenza del corso d'acqua inferiore al 10%: assunzioni che possono

ritenersi vere per il caso in analisi.

Si riportano nell’Allegato C i risultati di calcolo ottenuti con HEC-RAS.

5. IL PROGETTO IDRAULICO

5.1 Premessa

Si prevede di tombinare un tratto del canale esistente per un’estensione di circa 140 m, dallo sbocco

della condotta DN 1250 mm fino a 30 metri a monte della confluenza con la Fossatella.

Il dimensionamento della condotta di progetto è stato effettuato verificando che:

• la sezione di progetto sia in grado di esitare la portata di massima piena;

• venga mantenuta l’invarianza idraulica dei volumi invasati dal canale.

Si verifica la rispondenza a entrambe le condizione di un tombotto scatolare di dimensioni 2,00 x

1,50 metri.

5.2 Portata a moto uniforme

Per la verifica della massima portata esitabile dalla condotta di progetto si è utilizzata la formula a

moto uniforme di Gauckler Strickler:

Qmax = Abagn·KS·i(1/2)·RH

(2/3)

dove:

� Qmax = massima portata esitabile dalla sezione di deflusso [m3/s];

� Abagn.= area bagnata della sezione [m2];

� KS = coefficiente di scabrezza di Gauckler Strickler: 70 m1/3·s-1;

� RH = raggio idraulico [m];

� i = pendenza motrice: 0.0055.

7

Per la pendenza si è utilizzata quella media tra il punto di scarico ed il fondo fosso attuali per la

lunghezza interessata dalla condotta.

Calcolo massima portata esitata a moto uniforme con la formula di Gauckler-Strickler TOMBOTTO SCATOLARE

Larghezza Altezza Perimentro Bagnato Area Bagnata Raggio idraulico

B [m] y [m] P [m] Ω [m2] Rh [m]

2.00 1.50 7.00 3.00 0.43

Coeff. scabrezza di G-S Pendenza collettore

Portata max esitabile

Ks [m1/3

s-1] i

Qmax esitabile [l/s]

70 0.0055 8852.84

Poiché Qmax esitabile = 8,85 m3/s > 3,80 m3/s, la verifica risulta soddisfatta.

La portata massima esitabile dallo scatolare di progetto risulta di molto superiore al picco di piena

di progetto; altresì il tombotto deve soddisfare anche la verifica seguente.

5.3 Invarianza idraulica

Tale verifica vuole garantire che il volume invasato all’oggi dal canale di scolo durante il picco di

piena sia disponibile anche nello scatolare di progetto.

Si calcola il volume di invaso del fosso esistente, utilizzando le quote del tirante idrico calcolate con

Hec-Ras e moltiplicando le aree bagnate per le distanze.

Si verifica che il tombotto scatolare di progetto possa invasare, nell’ipotesi di massimo

riempimento, un volume d’acqua uguale o superiore.

Volume di invaso canale da tombinare

sezione descrizione area distanza volume

m^2 m m^3

4 sbocco 1250 mm 3.48 26.68 88.44

3 monte 3.15 42.10 101.67

2

1.68 65.90 145.31

1 valle 2.73

totale 134.68 335.43 A)

Tombotto

base altezza area distanza volume

m m m^2 m m^3

2 1.5 3 134.68 404.04 B)

coefficiente di sicurezza

B/A 1.20

Poiché il volume di invaso del tombotto scatolare è maggiore dell’esistente, la verifica risulta

soddisfatta anche per eventi di tempo di ritorno leggermente superiori.

8

6. CONCLUSIONI

Al fine di rispettare entrambe le condizioni di verifica, quelle, cioè, di portata massima esitabile a

moto uniforme e di invarianza idraulica dei volumi, si è scelto di adottare un tombotto scatolare di

dimensioni 2,00 x 1,50 metri in cemento armato, per una lunghezza di 140 m circa. Il canale di

scolo attuale verrà, pertanto, tombinato, per tutta la sua estensione ad eccezione degli ultimi 30

metri circa, a monte della confluenza con il rio Fossatella. Le portate esitate non variano rispetto

all’oggi. Non vi è contemporaneità dei picchi di piena della Fossatella e della rete fognante a

servizio della zona industriale, in quanto la fognatura anticipa il corso d’acqua.

Pordenone, 25.6.2015

Il tecnico incaricato

(ing. Nino Aprilis)

9

ALLEGATO B

Precipitazioni di notevole intensità e breve durata in mm, registrate nel Pluviografo di Sacile nel periodo 1924-2011

Anno 15' Anno 30' Anno 45' Anno 1 h

1931 15.8 1924 25 1924 29.6 1924 30.6

1932 22 1928 29 1934 48.6 1925 25

1938 31.8 1932 29 1936 45 1928 35

1953 30 1935 25.6 1940 37 1929 35.4

1955 15.8 1937 36.6 1958 32 1930 53

1958 18.8 1939 30 1964 27.6 1935 36.4

1959 19.2 1944 18 1965 32.2 1936 47.8

1960 19 1949 10.2 1966 32 1937 39.4

1961 20 1950 20.8 1967 37.8 1939 33

1962 20.6 1951 15.2 1968 32.4 1940 42

1963 16 1952 29.2 1969 28.2 1941 39.6

1965 20.6 1954 12.2 1971 29.2 1942 28

1966 20 1956 30.2 1972 29.4 1943 42.4

1967 21.2 1962 33.2 1973 35.2 1944 21.2

1968 26.6 1964 22.4 1974 26.6 1949 11.4

1969 21 1965 31 1975 39 1950 21.2

1971 16 1966 26.4 1976 35.6 1951 19.6

1972 11.8 1967 36.2 1977 29.2 1952 41.6

1973 15.2 1968 30.4 1978 39.6 1953 37.8

1974 15 1969 26.4 1979 37.2 1954 22.6

1975 25 1971 24.6 1980 24.8 1955 21

1976 24.4 1972 21.4 1984 56.8 1956 32

1977 19.4 1973 24.8 1985 22.6 1957 27.4

1978 19.6 1974 22.6 1986 18.8 1958 35

1979 17.8 1975 32.2 1987 31.2 1959 21.6

1980 17.6 1976 33 1988 84.2 1960 22.6

1984 33 1977 25 1989 26.4 1961 54.2

1985 14.4 1978 33.4 1990 31.2 1962 39.4

1986 16.4 1979 35.2 1991 19.2 1963 30.6

1987 15.8 1980 23.4 1992 23.8 1964 30.6

1988 33.8 1984 47.2 1993 39.2 1965 33

1989 20.6 1985 20.2 1994 26.4 1966 32.2

1990 17.8 1986 17.6 1995 27.4 1967 38.4

1991 10.4 1987 29.4 1996 26 1968 33.4

1992 19.2 1988 59.6 1997 22.2 1969 31

1993 25.4 1989 25.2 2005 20 1971 37.4

1994 21.6 1990 24.8 2006 33 1972 36.8

1995 21 1991 15.2 2007 41.8 1973 39.2

10

1996 15 1992 21.4 2008 43.2 1974 29.4

1997 17 1993 36.2 2009 26.8 1975 40.4

2005 15 1994 25.2 2010 28.2 1976 37.6

2006 22.2 1995 23.4 2011 24.2 1977 30.4

2007 22.8 1996 20 1978 44

2008 34.8 1997 22 1979 38.6

2009 15.4 2005 17.8 1980 28.2

2010 20 2006 27.2 1984 61.2

2011 20 2007 29 1985 23.6

2008 36.2 1986 20.4

2009 21.8 1987 32.6

2010 27.4 1988 89.2

2011 24 1989 27.4

1990 32.2

1991 20.4

Anno 15' Anno 30' Anno 45' Anno 1 h

1992 27.4

1993 39.8

1994 27.6

1995 27.4

1996 38

1997 22.2

2005 22

2006 37

2007 49.6

2008 44.2

2009 30.6

2010 29

2011 24.4

11

ALLEGATO C

Risultati di calcolo ottenuti con il solutore Hec-Ras per il canale in oggetto allo stato di fatto.

Si riportano:

• profilo;

• sezioni;

• tabella di riepilogo delle grandezza idrauliche.

0 20 40 60 80 100 120 140-6.5

-6.0

-5.5

-5.0

-4.5

-4.0

-3.5

Main Channel Distance (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

WS PF 1

Ground

LOB

ROB

2 3 M

onte

4 S

bocc

o 12

50 m

m

Collettore ZI

10 20 30 40 50-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

River = Collettore Reach = ZI RS = 4 Sbocco 1250 mm

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.04 .04 .04

0 10 20 30 40 50-5

-4

-3

-2

-1

0

River = Collettore Reach = ZI RS = 3 Monte

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.04 .04 .04

0 10 20 30 40 50-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

River = Collettore Reach = ZI RS = 2

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.04 .04 .04

15 20 25 30 35 40 45 50-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

River = Collettore Reach = ZI RS = 1 Valle

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.04 .04 .04

HEC-RAS Plan: Plan 02 River: Collettore Reach: ZI Profile: PF 1

Reach River Sta Profile Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl

(m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m)

ZI 4 PF 1 3.80 -5.34 -3.62 -3.55 0.002464 1.23 3.48 3.87 0.35

ZI 3 PF 1 3.80 -5.00 -3.72 -3.63 0.003231 1.44 3.15 4.13 0.43

ZI 2 PF 1 3.80 -5.10 -4.21 -4.21 -3.92 0.018204 2.48 1.68 3.09 0.90

ZI 1 PF 1 3.80 -6.10 -4.80 -5.16 -4.68 0.005504 1.58 2.73 4.01 0.47