15- regimazione dei deflussi

7/26/2019 15- Regimazione Dei Deflussi

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Materiale didattico del corso di "Ingegneria Forestale"-A.A. 2003-2004, I edizione, 03/03/2004. 107

15.REGIMAZIONE DEI DEFLUSSI

L'operazione di regimazione dei deflussi pu anche essere definita di moderazione della

torrenzialit: lo scopo di ridurre le portate al colmo di piena dei corsi d'acqua e di elevare quelle

di magra.

Con coefficiente di torrenzialit(ct) si definisce il rapporto fra l'incremento della portata (dQ) che

si verifica durante l'evento di piena ed il tempo (dt) impiegato a raggiungere il colmo (fig.63)

(108)

dt

dQct=

Un corso d'acqua tanto pi torrentizio quanto pi elevato ct; piccoli valori del coefficiente di

torrenzialit si riscontrano nei fiumi aventi grande bacino imbrifero.

Con coefficiente di perennit si definisce il rapporto fra la portata minima di un corso d'acqua

(Qmin) e la portata media (Qmed) riferita ad un lungo ciclo di tempo (fig.64):

(109)

med

pQQc min=

Pi vicino ad uno questo coefficiente e pi il corso d'acqua si avvicina ad un regime di perennit,

con portate che non si discostano molto da quella media. La costanza assoluta di portata non conseguibile in linea pratica, perch occorrerebbero opere di regimazione di elevatissimo costo e

non sempre possibili da realizzare.

La riduzione delle portate di piena di un corso d'acqua si pu ottenere con l'aumento dei tempi di

corrivazionee con l'accrescimento del disperdimento del bacino.

Per comprendere quanto sopra si consideri la formula (37 : Q = KicA) che permette di ricavare la

portata di massima piena di un corso d'acqua. A parit di altre condizioni la portata massima si

riduce per l'aumento del tempo di corrivazione al quale corrisponde una pioggia critica icminore

(vedi espressione delle LSPP); un maggiore disperdimento determina un minor valore di Ke quindi

la portata diminuisce.

Ogni evento piovoso massimo d luogo ad un deflusso diverso a seconda del modo di manifestarsi

della pioggia, della sua distribuzione sull'area interessata, delle condizioni ambientali del momento:ci rende difficile lo studio della regimazione soprattutto per i bacini di notevole superficie dove


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eventi piovosi possono interessare porzioni variamente distribuite e di diverse dimensioni,

contemporaneamente o no.

Il disperdimento favorito dalla presenza di una estesa copertura vegetale specialmente arborea, ma

su di essa non si pu sempre contare in relazione alla capacit di immagazzinamento dell'acqua; ha

invece molta influenza sullo sfasamento della corrivazione e, in sostanza sull'aumento dei tempi di

corrivazione perch determina resistenze al moto dell'acqua. Il deflusso (D) rappresenta ladifferenza tra le precipitazioni (P) e le perdite dovuta all'intercettazione (I) ed allevapotraspirazione

(Et); per eseguire il bilancio idrologico occorre tener conto anche delle variazioni (R) nelle riserve

d'acqua nel suolo. Un bilancio totale, applicato ad un intervallo temporale definito, pu perci

essere espresso con:

(110) REIPD t

Il bosco ha sicuramente influenza suI edEt; pi incerto il suo effetto su R.

15.1. Regimazione delle piene

Il controllo delle piene pi sicuro ed efficace si ottiene con la costruzione di invasi artificiali, di

adeguata capacit ed ubicati lungo i corsi d'acqua.

Si consideri un serbatoio munito di scarico di fondo libero (bocca a battente) che lascia passare una

portata limitata minore, salve le minime, di quelle in arrivo, crescente all'aumentare del livello

nell'invaso e da stabilire in relazione al regime del corso d'acqua. Nella fig.65 rappresentato

schematicamente lo sbarramento e l'invaso da esso determinato: il diagramma ABC (1) rappresenti

l'andamento della portata naturale durante l'evento di piena; il diagramma AMD le portate che

fuoriescono dallo scarico. Nello idrogramma modificato dalla presenza del serbatoio, il tratto AB' ancora crescente perch la portata della bocca a battente cresce per l'innalzamento del livello a

monte; tra B' ed M la portata naturale ancora maggiore di quella scaricata, e nel punto M si ha la

massima portata derivante dalla laminazione; da M a D la portata rilasciata a valle maggiore di

quella in arrivo al serbatoio e l'invaso si trova in fase di svuotamento. La capacit occorrente per

produrre l'effetto regimante trovato data dall'area della parte di diagramma tratteggiata (ABM) che

equivalente all'area MDG.


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Lo scarico della diga pu essere regolabile, da apposito dispositivo (paratoia) in modo da mantenere

la portata in uscita costante; (o variamente regolata) come indicato nel diagramma (2) di fig.65; in

questo caso il volume da assegnare al serbatoio per avere la portata massima richiesta

rappresentato dall'area tratteggiata del diagramma e che equivalente all'area MDC.

Rispetto ad una capacit naturale come il suolo con bosco, un invaso artificiale ha il vantaggio di

poter tornare disponibile, per un ulteriore evento di piena, subito dopo lo svuotamento: il terreno

invece rilascia l'acqua trattenuta con maggiore lentezza e gradualit e per questo esercita un'efficace

azione regimante sulle portate di magra, sulle sorgenti e sulle falde acquifere sotterranee.

Per lo studio della laminazione delle piene viene impiegata l'equazione:

(111) dVdtQdtQ au

Qudt Qadt - dV

essendo Qa la portata in arrivo, Qu la portata rilasciata dal serbatoio, dV l'incremento o la

diminuzione di volume dell'acqua invasata. Da essa si ricava, con procedimento analitico, il volumeda assegnare all'invaso di laminazione per una prefissata portata in uscita (anche variabile nel

tempo) quando si sia stabilita, con metodi previsionali, l'andamento della portata in arrivo.

15.2. Influenza del bosco sui deflussi

La copertura vegetale, e quella forestale in particolare rappresenta uno dei fattori che influiscono

maggiormente sull'entit, sul ritmo e sugli effetti degli scambi idrici che avvengono tra idrosfera,

litosfera ed atmosfera.

L'acqua che perviene sulla superficie terrestre, sotto forma di precipitazioni o di condensazioni,

subisce l'effetto cumulato, pi o meno elevato ma sempre consistente, del bosco che, inteso cosesistema integrato (ecosistema), rappresenta una componente fondamentale (la componente

biologica) del complesso di fattori che intervengono nel ciclo idrologico.


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Circa le funzioni e gli effetti che il bosco in grado di esplicare sui deflussi, molte sono le

supposizioni e poche le esperienze concrete. E' generalmente riconosciuta l'azione disperdente

sull'acqua, restano caso ormai in discussione l'entit ed i limiti di tale azione.

Per comprendere come un maggior disperdimento influisca sulle portate di piena, si considerino i

due diagrammi di fig.25; in quello superiore, dove indicata la pioggia da cui scalcolato il volume

che viene disperso in vari modi e sottratto a1 deflusso, si immagini di toglierne un'ulteriore parte: sesi suppone che il disperdimento avvenga in modo uniforme durante l'evento di pioggia, il triangolo

che rappresenta l'andamento delle portate si appiattisce e la portata massima diminuisce. Ma perch

ci si produca sempre sarebbe necessario che la capacit, ad esempio quella del suolo, fosse sempre

disponibile mentre invece non sempre cosi, specie se vari eventi si succedono in tempi ravvicinati.

Si analizzano ora i vari effetti prodotti dal bosco.

Un primo effetto, anche se di piccola entit, e dato dall'azione di intercettazionedella pioggia da

parte delle piante (variabile in relazione alla durata e all'intensit della precipitazione, alla densit

della massa fogliare, alla specie vegetale, all'et delle piante, agli interventi colturali, all'attivit

vegetativa delle piante, alle condizioni climatiche). Ci comunque si traduce in un minor effetto di

battuta dell'acqua sul suolo e ad un'azione pi o meno elevata che favorisce il processo di

evaporazione e di evapotraspirazione.Il significato dei valori ricavati da sperimentazioni in ogni caso diverso se si considerano i totali

annui o stagionali delle precipitazioni, oppure singoli eventi notevoli.

Nel caso di eventi singoli l'intercettazione pu essere quasi totale per piogge lente e di piccola

altezza (fino a 5 mm); per piogge superiori ai 50 mm pu scendere al disotto del 10%; pu

annullarsi dopo breve tempo per precipitazioni intense e persistenti. Si ritiene che da 0, 5 a 2, 5 mm

di pioggia possano essere trattenuti dalle foglie prima che esse comincino a gocciolare; lo

scorrimento lungo rami e fusti comincia ad essere sensibile con piogge di 2025 mm. Tutto ci

provoca comunque soltanto un modesto ritardo nei deflussi.

Per quanto riguarda le piogge annuali sono stati riscontrati valori che oscillano tra minimi del 10-

15% da attribuire all'intercettazione, in boschi costituiti da specie che perdono le foglie nel periodo

di massima piovosit (per esempio, il castagno in clima mediterraneo a piovosit prevalentemente

invernale) e massimi del 3040% nel caso di boschi sempreverdi. Secondo Lull ( 1964) qualsiasi

copertura vegetale sarebbe in grado di intercettare, in media, il 25% delle precipitazioni annue; il

fenomeno perci non sarebbe esclusivo dei boschi. I.'intercettazione riguarda, naturalmente, anche

la neve verso la quale il potere di trattenuta pi elevato, rispetto alla pioggia, soprattutto da parte

di boschi di conifere. E' accertato infatti che il bosco difendendo la neve al suolo dalle radiazioni

solari e dal vento, ne diminuisce l'evaporazione e ne rallenta il processo di fusione con

miglioramento generale del bilancio idrologico: hanno pi efficacia a questo riguardo i boschi non

troppo fitti e con frequenti radure. Le differenze temporali nel ciclo idrologico della neve tra terreno

aperto e sottocopertura, sono strettamente connesse alle caratteristiche delle nevicate e a quelle della

copertura forestale (in particolare specie e densit). Un bosco molto denso favoriscel'intercettazione della neve sulla chioma dove lo scioglimento pi rapido e quella che cade al

suolo viene riscaldata dall'irraggiamento delle piante, mentre uno molto rado facilita l'illuminazione

solare a cui si aggiunge l'irraggiamento.

L'intercettazione non va considerata sotto il solo aspetto quantitativo, ma anche sotto quello

qualitativo ed energetico. La chioma infatti riduce l'energia cinetica delle gocce d'acqua che cadono

al suolo attenuando la compattazione del terreno, l'azione disgregratrice e la velocit di scorrimento

e di raccolta dell'acqua in superficie.

Principalmente per l'azione regimante del bosco si esplica tramite il suolo forestale e la lettiera che

hanno elevata velocit di infiltrazione e notevole porosit. L'acqua viene assorbita facilmente e

trova ampio spazio nei mesopori (acqua di ritenzione) fino alla capacit di campomentre l'acqua

contenuta nei micropori (acqua di costituzione) che non assorbita dalle piante in quantitminima. Una volta raggiunta e mantenuta l'umidit del suolo a livello di capacit di campo, l'acqua

di infiltrazione comincia ad occupare i macropori ed allorch questi sono saturati continua a


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penetrare in profondit in quantit pari a quella che scorre per vie sotterranee. Soltanto se l'intensit

della pioggia superiore alla velocit di infiltrazione si verifica lo scorrimento in superficie. In suoli

forestali del tutto particolari si pu annullare lo scorrimento come hanno trovato Nageli (1959) ed

Hoover (1962) il quale cita l'esempio di un terreno della Carolina del Sud che si era dimostrato in

grado di assorbire, e trattenere, senza dar luogo a scorrimento, piogge anche superiori a 100

mm/ora; nelle stesse condizioni, in aree dalle quali il bosco era stato eliminato e il suolo pi o menoalterato per erosione, si verificava scorrimento gi con piogge di 25 mm/ora, nonostante l'avvenuta

ricostituzione artificiale della copertura arborea. Nageli ricorrendo a piogge artificiali di 100 mm,

distribuite in 100 minuti, ha constatato l'assenza di scorrimento in un bosco d'alto fusto disetaneo,

mentre in pascoli coperti in parte da felci o piante sparse di ontano lo scorrimento rappresentava il

3-5% e in un pascolo nudo il 51% dell'acqua somministrata; in altri casi si ebbero questi valori:

scorrimento del 10% in un ceduo di faggio coniferato in confronto del 62% in un pascolo, del 31%

in una abetina sottoposta a pascolo in confronto del 77% in un pascolo. Secondo Burger e Susmel la

velocit di infiltrazione dell'acqua sarebbe tanto maggiore quanto pi il bosco vicino al suo stato

naturale e in equilibrio con l'ambiente.

Da quanto detto il bosco appare come un importante fattore di riduzione e di ritardo del deflusso ma

i dati riportati richiedono una conferma con ricerche che indaghino sui rapporti fra afflussi edeflussi nell'ambito di bacini idrografici con diversi indici di boscosit.

Sull'entit dell'effetto regimante del bosco restano infatti tutto oggi forti disaccordi. Alcuni

ritengono che nel caso di afflussi eccezionali su vasti bacini il bosco non eserciti un'influenza

apprezzabile sui deflussi di piena; altri affermano che la presenza del bosco comporta in ogni caso

dei benefici. Si discute ancora se vero che il bosco abbia notevole effetto regimante nei piccoli

bacini e trascurabile nei grandi bacini. Ad ogni modo il potere regimante del bosco si deve valutare

rapportando la sua capacit di trattenuta all'afflusso idrometeorico: chiaro che fin quando l'acqua

di precipitazione quantitativamente limitata l'effetto del bosco sar notevole ma sar modesto per

forti volumi di pioggia. E poich le precipitazioni temibili, agli effetti delle piene, sono quelle che

investono tutto il bacino imbrifero e che hanno una durata proporzionata alla vastit del bacino

stesso (tempo di corrivazione) su aree grandi si tratter di piogge lunghe e poco intense ma

quantitativamente ben maggiori di quelle che provocano le piene in piccoli bacini; il volume

d'acqua trattenuto o disperso per unit di superficie investita da una pioggia sempre lo stesso in

ambedue i casi, ma percentualmente diverso.

L'esempio illustrato in fig.66 mette abbastanza bene in evidenza l'effetto spugna del bosco e di

qualsiasi altro terreno: il suolo, una volta saturato non evidentemente pi in grado di assorbire

altra acqua e quella in eccesso viene rifiutata al punto che l'azione regimante pu anche annullarsi:

infatti mentre in corrispondenza degli eventi di piena 1 e 2 l'incremento di portata minore nel

bacino boscato che in quello non boscato, per le successive precipitazioni i massimi di piena 3 e 4

si mantengono molto vicini nei due casi. Verosimilmente nel bacino boscato si raggiunto unelevato grado di imbibizione ed il deflusso, ritardato, si fa sentire anche nei successivi eventi: la

capacit idrica gi stata utilizzata in precedenza e non pi utilizzabile per tutto il tempo

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