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CRITERI DI APPLICAZIONE DEI METODI GEOMORFOLOGICI PER LA VALUTAZIONE DEGLI APPORTI SOLIDI IN SERBATOI IDROELETTRICI

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CRITERI DI APPLICAZIONE DEI METODI GEOMORFOLOGICI PER LA VALUTAZIONE DEGLI APPORTI SOLIDI IN SERBATOI IDROELETTRICI

Recently updated on Aprile 7th, 2021 at 12:13 pm

Negli anni precedenti la problematica della gestione dell’interrimento dei bacini idroelettrici è stata affrontata con un’analisi per definire il rapporto tra le caratteristiche territoriali di un bacino imbrifero e il grado di interrimento di un invaso artificiale che il bacino stesso sottende, attraverso l’applicazione di metodologie indirette, con l’obiettivo finale di verificare l’affidabilità di un metodo che possa costituire un sistema di valutazione, speditivo, pratico e sufficientemente rappresentativo, per la definizione quantitativa dell’interrimento di un invaso artificiale. L’attività di questo terzo anno si è proposta di completare la messa a punto delle metodologie individuate ed applicate negli anni precedenti, soffermando l’attenzione sostanzialmente su tre punti: definire i criteri di applicazione dell’analisi geomorfologica quantitativa individuare delle prospettive gestionali in un bacino campione (Gavrilovic) validare l’analisi geomorfologica quantitativa con dati sperimentali Definizione dei criteri di applicazione dell’analisi geomorfologica quantitativa Nell’ambito dell’attività di ricerca dei primi due anni si è messa a punto l’applicazione di un modello empirico denominato Analisi Geomorfologica Quantitativa (AGQ); la metodologia dell’AGQ è stata applicata a sei bacini idrografici campione distribuiti sul territorio italiano. In tal modo è stato possibile ottenere una valutazione dell’entità dell’erosione (deflusso torbido unitario) ad opera delle acque correnti superficiali in base alle caratteristiche morfometriche dei bacini di drenaggio stessi. I parametri morfometrici (densità di drenaggio, indice di densità gerarchica etc.) si ricavano partendo dalla ricostruzione dettagliata del reticolo idrografico che caratterizza il bacino. Nell’applicare l’AGQ ai bacini campione è stato osservato che una scorretta o approssimativa ricostruzione del reticolo idrografico porta a risultati poco attendibili e difficilmente paragonabili con gli altri bacini campione. Scopo dell’attività è, quindi, quello di identificare un sistema il più possibile univoco di ricostruzione del sistema idrografico introducendo specifiche procedure e regole per lo stesso, quali: scala di analisi, lunghezza minima delle aste, integrazione con foto aeree etc. Per fare ciò si è applicato nuovamente l’AGQ ai sei bacini a tre scale differenti: 1:10.000, 1:25.000 e 1:100.000 che rappresentano tre gradi di dettaglio diversi, in modo da verificare la tipologia e l’entità delle variazioni nel ricostruire il reticolo idrografico e quale ripercussione questo genera nell’applicazione dell’AGQ. L’analisi dei risultati ha mostrato che il parametro morfometrico di base principale è costituito dalla lunghezza del reticolo fluviale (L tot ). Dato che l’area dei bacini (A tot ) viene considerata costante a qualsiasi scala, un parametro morfometrico che rappresenta la variazione della L tot , e che è basilare per il calcolo dell’erosione, è la densità di drenaggio D (definita dal rapporto tra L tot e A tot ).

Densità di drenaggio Scala 1:10.000 Scala 1:25.000 Scala 1:100.000 Castello (Piemonte) 3,66 5,12 1,84 Quarto (Emilia R.) 3,86 3,93 1,54 Palù (Trentino A.A.) 2,01 1,92 1,00 Gramolazzo (Toscana) 3,08 3,70 1,14 Scandarello (Lazio) 3,53 2,92 1,29 Masseria N (Basilicata) 4,72 4,67 1,98 E’ opportuno ricordare che la densità di drenaggio D dipende da diversi fattori esogeni tra i quali: la tipologia del substrato – se si tratta di rocce resistenti all’erosione avremo una D bassa (compresa tra 1 e 3) con un reticolo idrografico grossolano; più le rocce sono erodibili più il grado di D aumenta (da medio, D varia da 3 a 6, reticolo idrografico mediamente sviluppato) ad elevato (D superiore a 6, reticolo idrografico fitto e/o fittissimo); il grado di permeabilità del substrato – più il substrato è permeabile più D è bassa; la copertura vegetale – più questa è intensa e fitta più il valore di D sarà basso (a parità di altri fattori). L’altro parametro morfometrico derivato fondamentale è il numero di anomalia gerarchica, Ga, che definisce il grado di gerarchizzazione del reticolo idrografico e dipende direttamente dall’attribuzione degli ordini alle aste fluviali; da questo parametro dipende il valore di Densità di anomalia gerarchica, ga, rapporto tra il numero di anomalia gerarchica e l’area totale del bacino (ga = Ga/A ). Quest’ultimo parametro compare nelle formule di calcolo di Tu maggiormente utilizzate. Le variazioni di Ga alle diverse scale grafiche sono: Numero di anomalia gerarchica Scala 1:10.000 Scala 1:25.000 Scala 1:100.000 Castello (Piemonte) 378 1.000 232 Quarto (Emilia R.) 13.903 12.261 2.228 Palù (Trentino A.A.) 227 283 104 Gramolazzo (Toscana) 431 431 61 Scandarello (Lazio) 956 760 36 Masseria N (Basilicata) 4.815 5.244 334 Anche in questo caso il valore trovato alla scala 1:100.000 è decisamente sottostimato per ogni bacino campione. In base ai parametri morfometrici di base è possibile ottenere i valori di indice di erosione (Tu) che di conseguenza variano in funzione degli stessi. Sono stati paragonati per i bacini campione i valori di Tu calcolati tramite la relazione [4], definita come la più rappresentativa per i bacini considerati, e i risultati sono riportati in Figura 9.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 Castello Quarto Palù Gramolazzo Scandarello Masseria N Scala grafica Tu (t/Km q) Scala 1:10.000 Scala 1:25.000 Scala 1:100.000 Figura 1: Variazione dell’indice di erosione Tu in funzione della scala grafica: calcolato con la relazione [4] Infine applicando le due leggi di Horton, quelle relative ai numeri e alle lunghezze dei corsi d’acqua, si ottengono una serie di punti per ogni bacino disposti secondo una progressione geometrica rappresentabile graficamente tramite una regressione lineare di forma esponenziale negativa o positiva, dove i valori dei coefficienti di determinazione (R 2 ) definiscono quanto i punti siano dispersi rispetto alla linea di regressione: più R 2 è elevato (tendente a 1) più i punti tendono ad allinearsi luogo la retta e le leggi di Horton sono soddisfatte (reticoli idrografici “ideali”). Dalla distribuzione dei coefficienti di determinazione si osserva che questi, soprattutto per la legge dei numeri dei corsi d’acqua, sono sempre piuttosto elevati e che comunque i valori più bassi (spesso al di sotto di 0,90) sono quelli relativi ai reticoli ricostruiti alla scala 1:100.000. In seguito a tutte le considerazioni sopra sintetizzate si possono trarre alcune conclusioni e regole operative per la definizione del reticolo idrografico di un bacino: la scala adeguata per tracciare il reticolo deve sicuramente non essere inferiore all’1:25.000; è accettabile una errore di ± 5% nella definizione della lunghezza complessiva delle aste fluviali; è accettabile un errore del ± 10% nell’attribuzione degli ordini fluviali e quindi del calcolo di Ga. Individuazione delle prospettive gestionali in un bacino campione (Gavrilovic) Nell’ambito del secondo anno di ricerca è stata, anche, verificata l’applicabilità del metodo empirico di Gavrilovic (Gavrilovic 1959 e Zemljic 1971) per la valutazione dell’erosione di un bacino. Tale valutazione, seppure fatta in modo speditivo, ha dimostrato di essere efficace soprattutto dal punto di vista del controllo della variazione del grado di erosione in un bacino in relazione alla messa in opera di eventuali interventi contro l’erosione. Il sistema, adottando una serie di coefficienti raccolti in tabelle,

costituisce sicuramente un modello maggiormente legato alla soggettività e alla rigidezza di giudizio ma offre anche l’opportunità di una rapida applicazione. L’attività di questo terzo anno intende, quindi, completare questo tipo di analisi approfondendo con maggior dettaglio l’applicazione del modello eseguita per il bacino campione di Quarto, verificando anche la variazione dell’erosione media annua in seguito alla messa a punto di un programma di interventi sul territorio per la diminuzione dei processi erosivi. Un primo risultato è stata la comparazione delle due metodologie applicate al bacino campione; essa, infatti, ha messo in evidenza che, a scala dell’intero bacino, entrambi i modelli hanno dati buoni risultati e Gavrilovic offre l’opportunità di una metodologia tabellare, più speditiva e facilmente riapplicabile in seguito alla messa in opera degli interventi di ripristino proposti per diminuire il grado di erodibilità ad opera delle acque correnti. Dato, poi, che il metodo di Gavrilovic definisce delle tabelle “modificate” per il parametro di X in relazione a specifiche opere di sistemazione degli alvei e dei versanti che incidono direttamente sugli usi del suolo (rappresentato dal parametro X nella relazione per la definizione di W) del bacino idrografico stesso, sono state formulate delle ipotesi di intervento per verificare come queste modifiche incidano poi sul calcolo di W. Ognuno di questi interventi può interessare diverse porzioni del territorio del bacino, attualmente destinato a usi del suolo differenti. Considerando i diversi interventi possibili, si è supposto che, nel caso in esame, solo alcuni di questi possano essere verosimilmente applicati: pertanto si è supposto di applicare ai tre fattori di uso del suolo più diffusi (seminativi, prati e suolo denudato) i diversi interventi per diverse % di territorio e si è verificato la variazione di X e di conseguenza la variazione di W. Le percentuali considerate sono:5, 10, 25, 50, 75 e 100%. Credibilmente poi sul territorio si può pensare di intervenire per il 5 massimo 15%. Applicando il Modello di Gavrilovic dopo gli interventi si ottiene che l’erosione W si riduce da 1.550 t/anno a circa 1.300 t/anno. L’esempio studiato ha, ovviamente, un valore unicamente esemplificativo, tuttavia fornisce una buona indicazione sulla possibile applicazione reale del modello di Gavrilovic e, in termini previsionali, sulle modalità di riduzione dell’interrimento di un invaso artificiale. Valutazione del trasporto solido in ingresso al bacino di Gramolazzo Al fine di completare le analisi sul bacino di Gramolazzo iniziate nel corso dell’anno 2001, è stata perseguita la raccolta dei dati idrologici puntuali ed in continuo durante tutto l’anno 2002. Tali dati sono stati, quindi, elaborati conformemente a quanto fatto nel 2001 e presentato nel Rapporto CESI A1/039618. L’analisi è stata completata con il calcolo della portata solida in sospensione trasportata all’invaso dai tre corsi d’acqua. La stima è stata effettuata utilizzando i dati di livello rilevati in continuo per il periodo compreso tra il 1 gennaio ed il 31 dicembre 2002.

Per ogni intervallo temporale di registrazione, noto il livello si è determinata, attraverso la curva di deflusso, la portata liquida; da questa, attraverso una relazione opportunamente tarata o la media, la portata solida e quindi il volume di solidi in sospensione in ingresso all’invaso nell’intervallo considerato. Facendo riferimento ad un valore di densità tratto dalla letteratura pari a 2600 kg/m 3 si sono determinate le tonnellate di particolato sospeso corrispondenti al volume stimato. I risultati sono riportati nella seguente tabella. Stazione Volume Liquido (m 3 ) peso solidi (kg) Volume solidi (m 3 ) Mini Hotel 94.728.286,38 9.735.587,45 3.744,45671 Campeggio 112.651.957,99 484.854,03 186,48232 Depuratore 3.203.288,21 11.760,34 4,52321 Totale 210.583.532,60 10.232.201,81 3.935,46224 Area bacino (km 2 ) 36,77 Deflusso torbido unitario (Tu) (kg anno) 13.237.200,00 Differenza 3.004.998,19 Come si può notare la differenza tra il valore di trasporto solido calcolato con il metodo indiretto è superiore a quello misurato in campo di circa il 23%. Questo risultato è decisamente valido e convalida la metodologia indiretta applicata, soprattutto se si tiene conto che: nella realtà parte del materiale eroso non giunge fino al bacino, ma si deposita lungo il percorso; non sono stati misurati tutti gli apporti, ma solo i tre immissari principali; la procedura di trasformazione dei livelli idrometrici in portate liquide e, quindi, in trasporto solido ammette un certo errore statistico.

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