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Lanalisi di rischio per la gestione in sicurezza

delle infrastrutture idroelettriche. Applicazione

al caso test della diga di Penne e attivit di divulgazione delle metodologie di analisi

Giorgia Faggiani

Leonardo Mancusi

Massimo Meghella

Sergio Pedroni

Gennaio 2013

Area: Governo, gestione e sviluppo del sistema elettrico nazionale

Rapporto

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ASV Ambiente e Sviluppo Sostenibile Pag. 1/108

Ricerca sul Sistema Energetico RSE S.p.A. Societ con unico socio soggetta alla direzione ed al coordinamento di GSE S.p.A. Sede Legale - 20134 Milano - Via R. Rubattino, 54 Tel. +39 023992.1 - Fax +39 023992.5370 - PEC [email protected] Reg. Imprese di Milano, P.IVA e C.F. 05058230961 R.E.A. di Milano n. 1793295 Cap. Soc. 1.100.000 i.v.

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Contratto Accordo di programma 20122014 con il Ministero dello Sviluppo Economico per le attivit di ricerca e sviluppo di interesse generale per il sistema elettrico nazionale. Piano Annuale di realizzazione 2012.

Titolo Lanalisi di rischio per la gestione in sicurezza delle infrastrutture idroelettriche. Applicazione al caso test della diga di Penne e attivit di divulgazione delle metodologie di analisi.

Progetto Linea di Ricerca Deliverable

Sviluppo del Sistema e della Rete Elettrica Nazionale Sicurezza del sistema elettrico italiano, includendo lanalisi di reti di trasporto in corrente continua 12

Sintesi La metodologia per lanalisi, la valutazione e la gestione del rischio delle dighe individuata e sviluppata nel precedente triennio della Ricerca di Sistema stata applicata al caso della diga di Penne, con lobiettivo di illustrare le fasi necessarie per la costruzione del modello di rischio e di metterne in luce i vantaggi rispetto alla pratica corrente di gestione della sicurezza.

La parziale riproduzione di questo documento permessa solo con lautorizzazione scritta di RSE.

N. pagine 108 N. pagine fuori testo -

Data 31/01/2013

Elaborato ASV Giorgia Faggiani, Leonardo Mancusi, Massimo Meghella, Sergio Pedroni

Verificato ASV Giorgia Faggiani ASV Massimo Meghella

Approvato ASV Antonio Nicola Negri ASV Antonella Frigerio

Elaborato Mancusi Leonardo (SFE), 13000896 436582 AUT

Meghella Massimo (SFE), 13000896 436598 AUT

Pedroni Sergio (SFE), 13000896 436693 AUT

Faggiani Giorgia (SFE)13000896 453900 AUT

Verificato Meghella Massimo (SFE), 13000896 436598 VER

Faggiani Giorgia (SFE)13000896 453900 VER

Approvato Frigerio Antonella (SFE), 13000896 436346 APP

Negri Antonio Nicola (SFE)13000896 436621 APP

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- 888

661)

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Copyright 2013 by RSE. All rights reserved - Activity code 1602/13

Indice

SOMMARIO ....................................................................................................................................... 3

SUMMARY ......................................................................................................................................... 4

RIASSUNTO ESTESO ....................................................................................................................... 4

1 INTRODUZIONE ....................................................................................................................... 9

2 METODOLOGIA DI ANALISI DI RISCHIO .........................................................................10

3 APPLICAZIONE DELLA METODOLOGIA ALLA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA DELLA DIGA DI PENNE..........................................................................................13

3.1 Descrizione dellopera e informazioni sulla costruzione ........................................................13 3.1.1 Interventi successivi allultimazione dei lavori ..............................................................20 3.1.2 Monitoraggio, misure per il controllo e sorveglianza .....................................................21

3.2 Raccolta, revisione e analisi delle informazioni .....................................................................22 3.3 Definizione della pericolosit e analisi degli scenari di carico ...............................................22

3.3.1 Scenario statico .............................................................................................................22 3.3.2 Scenario idrologico .......................................................................................................24 3.3.3 Affidabilit degli scarichi ..............................................................................................32 3.3.4 Scenario sismico ...........................................................................................................33

3.4 Identificazione dei modi di rottura ........................................................................................38 3.4.1 Modi di rottura: scenario statico ....................................................................................39 3.4.2 Modi di rottura: scenario idrologico ..............................................................................41 3.4.3 Modi di rottura: evento sismico .....................................................................................41

3.5 Valutazione probabilistica della vulnerabilit ........................................................................42 3.5.1 Instabilit dei paramenti di monte o di valle ..................................................................42 3.5.2 Rapido svaso.................................................................................................................49 3.5.3 Filtrazione in spalla destra .............................................................................................50 3.5.4 Frana in sponda sinistra .................................................................................................59 3.5.5 Liquefazione delle alluvioni in spalla destra ..................................................................63 3.5.6 Tracimazione ................................................................................................................68

3.6 Valutazione delle conseguenze .............................................................................................68 3.6.1 Modelli di inondazione per ipotetica rottura di dighe .....................................................69 3.6.2 Stima del danno economico...........................................................................................72 3.6.3 Stima della perdita di vite ..............................................................................................83

3.7 Modelli di rischio .................................................................................................................88 3.8 Valutazione e gestione del rischio .........................................................................................92

4 CONCLUSIONI .........................................................................................................................97

5 RIFERIMENTI ..........................................................................................................................98

APPENDICE - ATTIVIT DI DIVULGAZIONE E DISSEMINAZIONE ................................... 101

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STORIA DELLE REVISIONI

Numero revisione

Data Protocollo Lista delle modifiche e/o dei paragrafi modificati

00 31/01/2013 13000896 Prima emissione

COLLEGAMENTI PER SITO www.rse-web.it

Livello 1: Energie Rinnovabili

Livello 2: Idroelettrico

Livello 3: -

SOMMARIO

Le opere di sbarramento, e in particolare le grandi dighe degli impianti idroelettrici, fanno parte di importanti e complesse infrastrutture che forniscono benefici essenziali alla societ, e in particolare garantiscono il buon funzionamento delle reti elettriche nazionali, consentendo la produzione di energia idroelettrica la pi importante fonte di energia pulita rinnovabile capace di coprire facilmente gli improvvisi picchi di richiesta. Accanto a questi benefici, queste strutture espongono a un rischio rilevante le popolazioni e i territori a valle di esse. Lo sviluppo di strumenti che possano fornire un supporto per la valutazione e la gestione del rischio rappresenta pertanto unattivit di prioritario interesse per la societ e in particolare per il sistema elettrico nazionale, considerando che il parco dighe nazionale il prodotto di una generazione di standard di progettazione e di pratiche costruttive ormai obsolete ed peraltro soggetto a fenomeni di invecchiamento. Le metodologie di analisi probabilistica del rischio con il loro approccio olistico e multidisciplinare appaiono particolarmente indicate per supportare i processi decisionali di una corretta gestione della sicurezza di sistemi strutturali complessi. Nel precedente triennio della Ricerca di Sistema stata individuata e sviluppata una metodologia per lanalisi, la valutazione e la gestione del rischio delle dighe e delle opere accessorie. Durante il periodo di svolgimento delle attivit del PAR 2012, tale metodologia stata applicata al caso della diga di Penne, una diga in terra zonata con nucleo impermeabile di propriet del Consorzio di Bonifica Centro, con lobiettivo di illustrare le fasi necessarie per la costruzione del modello di rischio e di metterne in luce i vantaggi rispetto alla pratica corrente di gestione della sicurezza. Per lo sviluppo del modello sono stati valutati in maniera probabilistica la pericolosit, definendo gli scenari di sollecitazione, la vulnerabilit, studiando la risposta del sistema attraverso lindividuazione dei modi di rottura e la valutazione della probabilit di rottura, e le conseguenze in termini di perdite di vite umane e di danno economico. Il modello cos sviluppato ha fornito la stima del rischio per i diversi scenari considerati. stato evidenziato come i risultati dellanalisi di rischio consentano lindividuazione dei modi di rottura pi critici e delle misure di mitigazione pi efficaci e/o meno costose per la riduzione del rischio stesso, favorendo il processo decisionale. Lapplicazione al caso reale ha mostrato come le metodologie di analisi di rischio, integrando e completando le tradizionali valutazioni per la sicurezza delle dighe, favoriscano una conoscenza del sistema, e delle sue potenziali carenze, globale, condivisa, trasparente, aggiornabile e implementabile con facilit. I risultati delle diverse valutazioni ingegneristiche sono sintetizzate in un unico modello e tradotti in un linguaggio che possa essere immediatamente compreso da tutte le persone interessate, dai gestori dellinfrastruttura alla popolazione a valle potenzialmente a rischio.

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SUMMARY

Dams, in particular the large hydroelectric ones, are part of important and complex infrastructures that provide essential benefits to society, and in particular, for ensuring the regular operation of national electricity grids, enabling the production of hydroelectric power, the most important source of clean renewable energy that can easily supply the sudden increase in energy demand. Nevertheless, these structures expose populations and downstream areas to a significant risk. The development of tools for risk assessment and management is therefore a priority interest topic for society and particularly the national electricity system, whereas the national dams portfolio is the result of an obsolete generation of standard design and construction practices and is also subject to aging phenomena. Risk assessment probabilistic methods, with their holistic and multidisciplinary approach seems to be very suitable tools to support the decision making process in the safety management of complex structural systems. In previous works a framework to analyse, assess and manage the risk of dams and appurtenant structures was identified and developed. In this work, the framework has been applied to the safety assessment of Penne dam, a zoned earth dam with an impervious core, owned and operated by Consorzio di Bonifica Centro, with the aim of illustrating the steps for the construction of the risk model and highlighting the benefits of risk analysis in comparison to the traditional practices for safety management of dams. The risk model is able to aggregate all risk components, the totality of the loads (static, hydrologic, seismic and of any other kind), the responses of the dam (or its vulnerability) and all possible consequences, providing an overall picture of dam safety In order to build the risk model hazard, defining loading scenarios, vulnerability, studying the response of the system through the identification of failure modes and the evaluation of probability of failure, and the consequences, in terms of loss of life and economic damage, were probabilistically assessed. The model provided risk estimates for the different analysed scenarios. It has been highlighted that risk analysis enable the identification of the most critical failure modes and of the more effective and/or less expensive mitigation measures for the risk reduction, supporting the decision-making process. The application of risk analysis to the real test case showed how these methods, integrating and completing the traditional assessments for dam safety, promote a good insight of the overall system and its main deficiencies, global, shared, transparent and easily upgradeable. The results of the different engineering judgments are all summarized in a single model and translated into a language that can be immediately understood by both the infrastructure managers and the downstream population at risk.

RIASSUNTO ESTESO

Il presente Rapporto parte integrante della documentazione delle attivit di Ricerca di Sistema previste dal Piano Annuale di Realizzazione 2012 nellambito del progetto Sviluppo del Sistema e della Rete Elettrica Nazionale (Area Governo, gestione e sviluppo del Sistema Elettrico nazionale) e ne costituisce il Deliverable 12. Le opere di sbarramento, e in particolare le grandi dighe degli impianti idroelettrici, fanno parte di importanti e complesse infrastrutture che forniscono benefici essenziali alla societ, e in particolare garantiscono il buon funzionamento delle reti elettriche nazionali, consentendo la produzione di energia idroelettrica la pi importante fonte di energia pulita rinnovabile capace di coprire facilmente gli improvvisi picchi di richiesta. Accanto a questi benefici, queste strutture espongono a un rischio rilevante le popolazioni e i territori a valle di esse. I disastri naturali che in tempi recenti con sempre maggior frequenza hanno colpito estese aree territoriali in tutto il mondo hanno provocato conseguenze catastrofiche in termini di perdite di vite umane e di perdite economiche. Salvo rare eccezioni, essi hanno evidenziato, oltre alla carente gestione delle situazioni di emergenza e alla sostanziale mancanza di una efficace politica di difesa del suolo, la sottostima del rischio associato che ha cos impedito una adeguata prevenzione, sia attraverso lapplicazione di misure per garantire la sicurezza delle persone a rischio, sia attraverso ladozione di interventi strutturali in grado di rendere strutture e infrastrutture meno vulnerabili alle calamit naturali.

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Lo sviluppo di strumenti che possano fornire un supporto per la valutazione e la gestione del rischio rappresenta pertanto unattivit di prioritario interesse per la societ e in particolare per il sistema elettrico nazionale. In questottica le metodologie di analisi probabilistica del rischio, promosse peraltro dalla norma ISO 31000:2009 e dalla direttiva 2007/60/CE, con il loro approccio olistico e multidisciplinare appaiono particolarmente indicate per supportare i processi decisionali di una corretta gestione della sicurezza di sistemi strutturali complessi. Tali metodologie, applicate con successo in diversi ambiti industriali, in particolare nel settore nucleare, in tempi recenti hanno dimostrato la loro efficacia anche nella gestione di una vasta gamma di rischi legati alle infrastrutture critiche (la direttiva 2008/114/CE individua lanalisi di rischio quale strumento principale proprio per la gestione delle infrastrutture critiche). Le dighe fanno parte di quelle il cui collasso o perdita di funzionalit, pur essendo caratterizzato da una bassa probabilit di accadimento, potrebbe portare a conseguenze catastrofiche, soprattutto se si trovano a monte di zone densamente popolate, come avviene per gran parte delle dighe italiane. Mancando nel contesto nazionale strumenti normativi specifici o linee guida per analizzare, valutare e gestire in modo integrato le tre componenti del rischio (pericolosit, vulnerabilit e conseguenze), considerando che gran parte del parco dighe idroelettrico italiano fu costruito secondo criteri di progetto oggi in gran parte superati e/o inadeguati alla luce dei requisiti di sicurezza delle pi recenti normative, considerando inoltre che queste opere sono soggette a un progressivo invecchiamento e ad un conseguente degrado strutturale, nellambito del triennio precedente della Ricerca di Sistema stata individuata e sviluppata una metodologia per lanalisi, la valutazione e la gestione del rischio delle dighe e delle opere accessorie. Durante il periodo di riferimento tale metodologia stata applicata al caso della diga di Penne, una diga in terra zonata con nucleo impermeabile di propriet del Consorzio di Bonifica Centro (Figura 1), con lobiettivo di illustrare le fasi necessarie per la costruzione del modello di rischio, di metterne in luce i vantaggi rispetto alla pratica corrente di gestione della sicurezza e di promuovere un dibattito sullopportunit per il nostro paese di adottare, come gi avvenuto nei paesi pi avanzati dEuropa e del mondo, un approccio globale e interdisciplinare per la valutazione e la gestione del rischio di queste strutture. Le metodologie di analisi di rischio integrano tutti i processi coinvolti nella gestione della sicurezza in un modello logico, sistematico, trasparente e facilmente aggiornabile. Tale modello costituisce, come detto lo strumento in grado di aggregare e integrare in maniera probabilistica tutte le componenti del rischio: la pericolosit, la risposta del sistema (vulnerabilit) e le conseguenze. Il suo sviluppo richiede unapprofondita conoscenza del sistema da analizzare: per questo motivo il primo passo logico del processo la raccolta, la condivisione e la revisione di tutta la documentazione esistente.

Figura 1 Diga di Penne: vista da monte e planimetria generale

Questa fase, grazie anche al coinvolgimento di varie figure professionali e dei responsabili della struttura, ha consentito di raggiungere un buon grado di conoscenza della diga e di dare una prima valutazione sul suo stato attuale, identificando i potenziali problemi, le carenze e la necessit di ulteriori

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approfondimenti. Limplementazione del modello di rischio, sintetizzato in Figura 2, richiede la definizione e la stima di tutte le sue componenti. Lo studio della pericolosit ha portato alla definizione di tre scenari di carico: statico, idrologico e sismico. Il primo si riferisce alle condizioni di normale esercizio dellimpianto, mentre il secondo e il terzo a eventi eccezionali, quali piene o terremoti.

Figura 2 Architettura del modello di rischio sviluppato per la diga di Penne

Lo scenario statico e lo scenario idrologico sono stati valutati rispettivamente utilizzando i dati delle registrazioni storiche delle misure di monitoraggio e i risultati di analisi gi presenti nella documentazione, mentre per lo scenario sismico la pericolosit (Figura 3) stata aggiornata in base alle recenti normative tecniche (NTC2008 e Proposta di Aggiornamento delle Norme tecniche per la progettazione e la costruzione degli sbarramenti di ritenuta). La risposta del sistema stata analizzata identificando, valutando e classificando, per ciascuno degli scenari di pericolosit, i potenziali modi di rottura, cio tutti quei meccanismi che possono portare al degrado dellintegrit strutturale del sistema (diga, opere accessorie e sponde del serbatoio), che potrebbe tradursi in un rilascio incontrollato di acqua a valle. Dei vari modi di rottura identificati per ogni scenario di rischio, al momento sono stati approfonditi con maggior dettaglio quelli ritenuti pi critici ai fini della sicurezza. Ciascuno di essi stato analizzato attraverso lo sviluppo di alberi di eventi che, partendo da quello iniziatore, individuano in maniera induttiva la sequenza di eventi che portano alla rottura o al rilascio incontrollato dellacqua invasata, con lindicazione per ciascun nodo dellalbero dei fattori che possono favorire o sfavorire il verificarsi dellevento. Quindi, si sono stimate quantitativamente le probabilit condizionate di occorrenza di tali eventi avvalendosi, a partire delle informazioni specifiche disponibili, di metodi statistici basati su dati empirici, di modelli strutturali associati a simulazioni Monte Carlo, o di stime basate sul giudizio ingegneristico degli esperti coinvolti.

Figura 3 Valutazione della Pericolosit sismica con le mappe interattive del Webgis INGV

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Lanalisi delle conseguenze, che permette di stimare lesposizione della popolazione e dei beni a valle al rischio di un potenziale rilascio incontrollato dacqua provocato da un incidente o dalla rottura della diga, comincia con la modellazione fisica della formazione e dellevoluzione della breccia, prosegue con la determinazione dellidrogramma di piena e con la modellazione dellarea inondata (Figura 4) e si conclude con la stima delle perdite potenziali (valutate in termini di vite umane, perdite economiche e ambientali). Lidrogramma di piena in uscita dal serbatoio a seguito della formazione e dello sviluppo di una breccia nella diga e la conseguente propagazione a valle sono stati dedotti da uno studio precedente. Il modello cos sviluppato ha fornito le stime di rischio, espresse in termini annualizzati per i diversi scenari considerati, rappresentate attraverso i diagrammi f-N di Figura 5, dove, per ciascun modo di rottura, in ascissa sono riportate le medie ponderate delle perdite potenziali e in ordinata la probabilit di occorrenza annuale.

Figura 4 Mappa di inondazione per ipotetica rottura

Tale rappresentazione facilita la valutazione e la gestione del rischio, consentendo in particolare lindividuazione dei modi di rottura pi critici e delle misure di mitigazione pi efficaci e/o meno costose per la riduzione del rischio stesso, favorendo cosi il processo decisionale. Inoltre, il modello sviluppato potr essere facilmente aggiornato e affinato, via via che nuove stime di probabilit delle variabili aleatorie coinvolte, basate ad esempio sui risultati di nuove indagini sperimentali, si renderanno disponibili. La valutazione dellimpatto e dellefficacia delle possibili misure di mitigazione del rischio aiuter i gestori e le autorit di controllo nellindividuazione delle priorit degli investimenti per la sicurezza e in una pi trasparente ed efficace comunicazione del rischio a tutti i soggetti interessati, in particolare alla popolazione esposta, favorendo al contempo una migliore gestione delle situazioni di emergenza.

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Filtrazione in spalla destraFrana in sponda sinistraInstabilit del paramento di monteInstabilit del paramento di valleTOTALE

minori motivazioni per ridurre o comprendere

meglio il rischio

maggiori motivazioni per ridurre o

comprendere meglio il rischio

valutare in rischio in modo approfondito,

assicurando il rispetto delle

richieste ALARP

Figura 5 Rappresentazione f-N del rischio della diga di Penne con i limiti di accettabilit secondo USBR

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1 INTRODUZIONE

Le catastrofi naturali che hanno recentemente colpito le popolazioni e i loro beni in tutto il mondo hanno provocato conseguenze catastrofiche in termini di perdite di vite umane e di perdite economiche. Fra tutti si ricordano il terremoto di Fukushima nel 2011 in Giappone, quelli dellAquila nel 2009 e dellEmilia nel 2012, i violenti tsunami dellOceano Indiano nel 2004 e del Giappone nel 2011, gli uragani Katrina e Sandy che si sono abbattuti sugli Stati Uniti nel 2005 e nel 2012, le alluvioni nella Lunigiana, a Genova e a Messina nel 2011. Con rarissime eccezioni, questi eventi hanno evidenziato, oltre alla carente gestione delle situazioni di emergenza e alla sostanziale mancanza di una politica efficace di difesa del suolo, la sottostima del rischio associato che ha cos impedito una prevenzione adeguata, sia attraverso lapplicazione di misure per garantire la sicurezza delle persone a rischio, sia attraverso ladozione di interventi strutturali in grado di migliorare la risposta dellambiente alle calamit che lo minacciano. Lo sviluppo di strumenti che possano fornire un supporto per la valutazione e la gestione del rischio rappresenta pertanto unattivit di prioritario interesse per la societ. Quanto detto vale anche e soprattutto qualora questi strumenti possano essere utilizzati per la gestione del rischio delle infrastrutture critiche, come promosso peraltro dalla direttiva 2008/114/CE relativa allindividuazione e alla designazione delle infrastrutture critiche europee e alla valutazione della necessit di migliorarne la protezione. Fra le infrastrutture critiche, le opere di sbarramento, in particolare le grandi dighe degli impianti idroelettrici, fanno parte di quelle il cui collasso o perdita di funzionalit, pur essendo caratterizzato da una bassa probabilit di accadimento, potrebbe portare a conseguenze catastrofiche, soprattutto se si trovano a monte di zone densamente popolate, come avviene per gran parte delle dighe italiane. Daltra parte queste importanti e complesse infrastrutture forniscono benefici essenziali alla societ, e garantiscono il buon funzionamento delle reti elettriche nazionali, consentendo la produzione di energia idroelettrica la pi importante fonte di energia pulita rinnovabile capace di coprire facilmente gli improvvisi picchi di richiesta. Per questo motivo la gestione della sicurezza delle dighe, considerando che tali strutture sono il prodotto di una generazione di normative, di standard di progettazione e di pratiche costruttive ormai obsolete e sono spesso soggette a fenomeni di invecchiamento e di degrado, rappresenta un tema di ricerca cruciale non solo nellambito dellingegneria delle dighe, ma anche per il sistema elettrico nazionale. In questottica le metodologie di analisi probabilistica del rischio, promosse dalla Norma ISO 31000:2009 e dalla direttiva 2007/60/CE, con il loro approccio olistico e multidisciplinare appaiono particolarmente indicate per supportare i processi decisionali di una corretta gestione della sicurezza di sistemi strutturali complessi. Lanalisi di rischio, applicata con successo in diversi ambiti industriali, in particolare nel settore nucleare, in tempi recenti ha dimostrato la propria efficacia anche nella gestione di una vasta gamma di rischi legati alle infrastrutture critiche. Queste metodologie comportano che tutti i processi coinvolti nella gestione della sicurezza della diga siano integrati in un sistema logico, sistematico e trasparente, in grado di aggregare in maniera probabilistica le tre componenti del rischio: la pericolosit, la risposta del sistema (vulnerabilit) e le conseguenze. Mancando nel contesto nazionale strumenti normativi specifici o linee guida per analizzare, valutare e gestire in modo integrato tutte le componenti del rischio nellambito del triennio precedente della Ricerca di Sistema stata individuata e sviluppata una metodologia per lanalisi, la valutazione e la gestione del rischio delle dighe e delle opere accessorie [1][2][3]. Durante il periodo di svolgimento delle attivit del PAR 2012, tale metodologia stata applicata a un caso reale con lobiettivo di illustrare le fasi necessarie per la costruzione del modello di rischio, di metterne in luce i vantaggi rispetto alla pratica corrente di gestione della sicurezza e di promuovere un dibattito sullopportunit per il nostro paese di adottare, come gi avvenuto nei paesi pi avanzati dEuropa e del mondo, un approccio globale e interdisciplinare per la valutazione e la gestione del rischio delle dighe.

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Lapplicazione al caso reale cominciata lo scorso anno: per chiarezza di esposizione nel presente rapporto viene documentata per intero lattivit svolta. Il 2 descrive la metodologia pi ampiamente dettagliata in [1][2][3], il 3 descrive lapplicazione della metodologia di analisi di rischio alla diga di Penne, infine in APPENDICE sono descritte le attivit di divulgazione, svolte o in corso, delle attivit riguardanti la sicurezza delle infrastrutture.

2 METODOLOGIA DI ANALISI DI RISCHIO

Il presente paragrafo riassume brevemente i concetti e la metodologia seguiti per condurre lanalisi di rischio della diga di Penne, individuati e sviluppati con maggior dettaglio nelle precedenti fasi della ricerca [1][2][3]. Fra le molteplici definizioni che possono essere date al concetto di rischio quello che maggiormente si adatta allambito tecnico quella di potenziale perdita prodotta dal verificarsi di eventi di incerta manifestazione. Questa definizione comprende sia il concetto dellincertezza circa il verificarsi di un evento, sia le avverse conseguenze che ne potrebbero scaturire [4]. Per valutare correttamente il rischio bisogna pertanto valutare non solo levento avverso, ma anche la risposta del sistema minacciato dallevento e il valore esposto, cio i beni che possono essere perduti. Nellambito della sicurezza delle dighe, levento potenziale costituito dal possibile danneggiamento o rottura della diga e/o delle sue opere accessorie, delle fondazioni e del bacino con un conseguente rilascio incontrollato dellacqua invasata e le conseguenze includono la perdita di vite umane, le perdite economiche, o altre conseguenze negative (per esempio i danni allambiente) [4]. Formalmente il rischio R pu essere espresso dalla formulazione:

{ } = eConseguenzEventoRotturaPEventoPR )()( Dove P(Evento) la probabilit che si verifichi un evento avverso di una determinata intensit (pericolosit), P(Rottura|Evento) la probabilit di rottura condizionata al verificarsi dellevento (vulnerabilit) e le Conseguenze rappresentano le perdite. Tutti i fattori dellequazione di rischio sono evidentemente affetti da incertezze che possono essere naturali o epistemiche. Le prime sono relative alla variabilit (spaziale e temporale) dei processi naturali (per esempio loccorrenza di eventi quali piene o sismi di certe intensit) o dei processi non prevedibili (per esempio il verificarsi di un errore o di un sabotaggio). Nonostante i processi naturali possano essere modellati avvalendosi di metodologie statistiche, la variabilit intrinseca ai fenomeni non pu essere ridotta. Le incertezze epistemiche sono legate alle carenze nella conoscenza del sistema: possono derivare dalle scarse informazioni a disposizione oppure dallimpossibilit di modellare con assoluta fedelt un fenomeno. Lincertezza epistemica pu essere ridotta raccogliendo maggiori informazioni o dati o cercando di affinare i modelli, ma non eliminata. Questo tanto pi vero nel caso di sistemi complessi quali le dighe sia perch, quasi sempre, le informazioni a disposizione sono poche e di difficile e scarsa ripetibilit, sia perch rappresentano sistemi complessi da studiare dal punto di vista ingegneristico. Le metodologie di analisi di rischio, fondate su un approccio probabilistico in cui le incertezze sono prese esplicitamente in considerazione, appaiono particolarmente indicate per supportare i processi decisionali di una corretta gestione della sicurezza di sistemi strutturali complessi. La norma internazionale ISO 31000:2009 (Gestione del rischio Principi e linee guida) definisce un approccio generale in cui sono individuati i principi e le linee guida per la gestione del rischio in modo sistematico trasparente e credibile. La norma evidenza quali sono i principi essenziali dellapproccio di gestione del rischio allinterno di qualunque contesto. Approccio che deve creare e proteggere il valore del sistema, deve essere parte integrante dei processi organizzativi e di quelli decisionali, deve trattare esplicitamente le incertezze, deve essere sistematico, strutturato e tempestivo, si deve basare sulle migliori informazioni disponibili, deve prendere in considerazione i fattori umani e culturali, deve essere trasparente, dinamico, iterativo, deve integrare in modo semplice le modifiche e deve facilitare il miglioramento continuo e la valorizzazione dellorganizzazione. La norma definisce anche uno schema del processo da seguire per lanalisi, la valutazione e la gestione definendo le relazioni fra le varie fasi.

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Lo schema analogo a quello che definisce i vari passi da seguire per realizzare lanalisi di rischio delle dighe, mostrato in Figura 6. Il primo passo di unanalisi di rischio consiste nella definizione del contesto, degli obiettivi da raggiungere e nella formazione del gruppo di lavoro che contribuir allanalisi. Il gruppo di lavoro dovrebbe essere formato da varie figure professionali con competenze nei diversi aspetti della sicurezza della diga da analizzare, da esperti di analisi di rischio oltre che dai responsabili della struttura. Il successivo passo prevede la raccolta, la strutturazione e lattenta revisione di tutta la documentazione e le informazioni riguardanti il sistema da analizzare. Questa fase, opportunamente supportata dai responsabili della struttura e da indagini in sito, consente di raggiungere una conoscenza del sistema globale e condivisa, di identificare eventuali ulteriori esigenze di studi e indagini, di valutare le condizioni attuali del sistema e le potenziali carenze. Lanalisi continua con la definizione di un modello in grado di aggregare tutte le componenti di rischio, la pericolosit, la risposta del sistema (vulnerabilit) e le conseguenze, fornendo un quadro complessivo della sicurezza della diga.

Figura 6 Schema del processo logico dellanalisi del rischio (adattato da [5])

La definizione della pericolosit e degli scenari di carico che potrebbero portare al danneggiamento o al collasso della diga, delle fondazioni e delle opere accessorie avviene attraverso la stima della probabilit

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di superamento di un determinato valore dellintensit che un evento pu assumere in un periodo di riferimento. In generale gli eventi che possono minacciare il sistema possono avere diversa origine: si distinguono le azioni dovute a eventi naturali (carichi di normale esercizio, terremoti, piene, etc.), quelle dovute a eventi antropici (sabotaggi, errate manovre o, in generale, errori umani, atti terroristici, etc.) e quelle dovute a processi legati allinvecchiamento e al degrado dei materiali con cui costruita la diga. Alcuni di questi scenari possono essere identificati e stimati secondo metodi e modalit di rappresentazione codificati e analizzati nel dettaglio nelle precedenti fasi della ricerca [2][3]. Altri, invece, sono pi complicati da stimare perch basati su informazioni non sempre accessibili (come il caso della pericolosit associata a eventi terroristici). Per lo studio di queste minacce si ricorre spesso a considerazioni qualitative e formali che permettano di ottenere stime accettabili di pericolosit. Una volta stimata la pericolosit, si procede analizzando la risposta del sistema. Tale analisi comincia con lidentificazione dei modi di rottura che includono qualsiasi potenziale danneggiamento della diga, della fondazione o delle opere accessorie che possa tradursi in un rilascio incontrollato di acqua a valle. I modi di rottura possono essere individuati sulla base della valutazione di rotture accorse a strutture analoghe e sulla base dellattenta revisione di tutte le azioni che potrebbero danneggiare il sistema. Lidentificazione dei modi di rottura uno dei passi pi importanti nel processo di analisi del rischio: se un potenziale modo di rottura viene dimenticato e/o non incluso nel modello di rischio, il rischio complessivo potrebbe risultare sottostimato [5]. Per questo motivo i modi di rottura devono essere ampiamente discussi in sessioni di lavoro che coinvolgano tutti gli specialisti del gruppo di lavoro. Seguendo lapproccio proposto dalle metodologie USBR [6] i modi di rottura possono essere approfonditi attraverso lo sviluppo di alberi degli eventi: partendo da un evento iniziatore si individua in maniera induttiva la sequenza di eventi che porta alla rottura o al rilascio incontrollato dellacqua invasata. Per ogni nodo dellalbero vengono individuate da ciascuno dei componenti del gruppo di lavoro i fattori che possono favorire o sfavorire il verificarsi dellevento. La valutazione della vulnerabilit si conclude con la stima quantitativa delle probabilit condizionate di occorrenza avvalendosi di metodi statistici basati su dati empirici, di modelli strutturali associati a simulazioni Monte Carlo, di modelli di affidabilit o di stime basate sul giudizio ingegneristico degli esperti coinvolti. La costruzione del modello si conclude con la stima delle conseguenze che permette di stimare lesposizione del potenziale rilascio incontrollato dacqua a valle. Lanalisi delle conseguenze comincia con la modellazione fisica della formazione della breccia e con la determinazione dellidrogramma di rottura, prosegue con la modellazione dellarea inondata e termina con la stima delle perdite (che possono essere valutate in termini di vite umane, danni economici, danni ambientali, ecc.) che si basa sulla conoscenza degli scenari geografici e sociali (topografia, ambiente, infrastrutture) e sulla previsione della risposta della popolazione e delle strutture allinondazione. Una volta definite le tre componenti che concorrono a formare il rischio, possibile procedere con il calcolo che, come dettagliato in [2] e richiamato nel 3.7, pu essere affrontato attraverso lo sviluppo di alberi degli eventi (o alternativamente di diagrammi di influenza) che rappresentino lintero processo e includano le variabili rappresentative di tutte le componenti del rischio. La valutazione del rischio il processo con cui si stima se il rischio risultante dal modello tollerabile oppure se necessario prevedere e richiedere misure aggiuntive per il controllo e/o la mitigazione del rischio. In questa fase opportuno riuscire a bilanciare in maniera adeguata rischi, costi e benefici. I criteri per definire laccettabilit del rischio ([1][2][3] e 3.8) possono essere basati sulle perdite in termini di vite umane o di danno economico, seppure spesso a questi criteri si aggiungano considerazioni riguardanti i fattori ambientali, sociali e culturali. Questa fase consente di fare emergere gli eventuali aspetti riguardanti la sicurezza da approfondire con indagini e studi di maggior dettaglio o con la valutazione di misure di mitigazione che portino a un nuovo calcolo del rischio. Il processo di analisi implementato generalmente con procedure iterative che partono da modelli e tecniche di analisi semplificate e nelle successive iterazioni vedono uno sforzo sempre maggiore nellapprofondimento delle metodologie e degli strumenti di analisi applicati. Lo sviluppo del modello, per questo motivo, fatto in modo che esso possa essere facilmente aggiornato e affinato, con nuove stime di probabilit delle variabili aleatorie coinvolte.

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Si evince che le metodologie di analisi del rischio consentono lintegrazione di tutte le informazioni disponibili, sintetizzando in un unico modello i risultati di diverse valutazioni ingegneristiche sulla sicurezza, solitamente analizzate e valutate separatamente e, a differenza dei tradizionali studi deterministici per la sicurezza delle dighe che analizzano solo la vulnerabilit strutturale, tengono conto di tutti gli aspetti del rischio, favorendo una conoscenza del sistema (e delle sue potenziali carenze) globale, condivisa, trasparente, aggiornabile e implementabile con facilit. Peraltro lanalisi del rischio consente di tradurre i risultati delle valutazioni di sicurezza in un linguaggio immediatamente comprensibile sia per i gestori dellinfrastruttura, che vengono in questo modo supportati nella gestione in sicurezza delle infrastrutture di cui sono responsabili, sia per la popolazione a valle potenzialmente a rischio.

3 APPLICAZIONE DELLA METODOLOGIA ALLA VALUTAZIONE DELLA SICUREZZA DELLA DIGA DI PENNE

La metodologia appena descritta era stata individuata nelle precedenti fasi della ricerca [1] [2] [3], sulla base di una attenta revisione della letteratura tecnica con particolare riferimento al bollettino ICOLD 130 [5] e al lavoro di Hartford e Baecher [8]. Il caso della diga di Penne rappresenta il primo studio di applicazione reale. Per lo sviluppo del caso test si fatto riferimento anche ad alcuni pi recenti documenti [5][6] che forniscono delle linee guida operative per lapplicazione di una metodologia di analisi, che sebbene ampiamente impiegata in campo industriale, non rappresenta una pratica consolidata per le dighe. Dopo la descrizione della struttura sono riportate tutte le fasi effettuate per realizzare lanalisi di rischio. Lo studio, con carattere di ricerca, ha come obiettivo principale quello di mettere in evidenza le fasi necessarie per costruire un modello di rischio e di promuovere un approccio globale e interdisciplinare per la valutazione e la gestione del rischio, in grado di svincolare il concetto di sicurezza da quello di vulnerabilit strutturale, in un ottica di trasparenza, condivisione e coinvolgimento di tutte le persone interessate. Tutte le valutazioni rappresentano indagini preliminari, spesso effettuate utilizzando dati di letteratura e non approfondite con studi di sensitivit, come avviene daltra parte normalmente nella prima fase di una analisi di rischio: i risultati possono fornire comunque indicazioni di massima su quali aspetti riguardanti la sicurezza della diga sono da approfondire e con quale priorit.

3.1 Descrizione dellopera e informazioni sulla costruzione La diga di Penne collocata a sbarramento del fiume Tavo (affluente del Saline), immediatamente a valle della confluenza del torrente Gallero, in localit Collalto, pochi chilometri a ovest della citt di Penne (PE), in Abruzzo (Figura 7). Tutte le informazioni riguardanti la diga, presentate nel seguito del presente paragrafo, sono state dedotte dagli Atti di Collaudo [9] e dal Foglio Condizioni per lesercizio e la manutenzione [10] messi a disposizione dal Consorzio di Bonifica Centro che gestisce la diga. La diga, costruita tra il 1963 e il 1969, permette la formazione di un bacino artificiale di circa 9 milioni di m3 alla quota di massima ritenuta (di 256.00 m s.l.m), per lirrigazione del comprensorio costituito dai terreni della valle dei fiumi Tavo e Saline. La diga in terra zonata, con nucleo centrale impermeabile e contronuclei permeabili. Alta 34 m nel punto pi alto a 259.50 m s.l.m., ha uno sviluppo al coronamento, di larghezza pari a 6 m (di cui 5 m carrabili), di 438 m (Figura 8, Figura 9). La quota di massimo invaso, ricavata per la massima piena di progetto di 450 m3/s, di 257.50 m s.l.m.. Altre informazioni salienti relative alla diga sono sintetizzate in Tabella 1.

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Figura 7 Diga di Penne: planimetria generale

Figura 8 Sezione trasversale della diga di Penne (da [11])

Il nucleo centrale, di forma trapezoidale, stato realizzato con terre sabbiolimoargillose; il nucleo incassato in fondazione per mezzo di un taglione, per una profondit di circa due metri, nella formazione marnoso arenacea. I terreni sottostanti il taglione sono stati impermeabilizzati con iniezioni di una miscela di acqua e cemento e/o silicati. I contronuclei invece sono stati realizzati con le alluvioni ghiaiosabbiose dellalveo del fiume Tavo. Tra il nucleo e il contronucleo di valle stato interposto un filtro, realizzato con tre strati di materiale secco, costituiti da sabbia, ghiaietto e ghiaia. Il filtro collegato alla cabina di misura, posta in corrispondenza dellunghia di valle in scogliera di pietrame, da un dreno longitudinale e uno trasversale, realizzati con pietrame a secco. stato predisposto anche un tappeto drenante di base, posto tra il contronucleo di valle e il piano di imposta, costituito da ghiaietto e ghiaia, con funzione di collegamento orizzontale con lunghia di valle. Lunghia di monte costituita da un muretto di contenimento in calcestruzzo. Il paramento di monte protetto da lastre di calcestruzzo gettate in opera che poggiano su un sottofondo di ghiaia e ciottoli, con funzione di filtro. Le lastre, debolmente armate, hanno gli spigoli smussati a formare drenaggi. Il parametro di valle protetto dallerosione delle acque meteoriche mediante un rivestimento in manto erboso e da un sistema di canalizzazioni per la raccolta e lallontanamento delle stesse acque.

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La conca di invaso ha sede in una formazione impermeabile del miocene superiore caratterizzata da strati alterni arenacei e marnosi (Figura 10).

Figura 9 Diga di Penne: vista da monte

La sezione dimposta della diga, mostrata in Figura 11, costituita da una formazione del Miocene Superiore con strati alterni arenacei e marnosi sovrastata, lungo lalveo e le sponde del fiume, dalle formazioni alluvionali antiche e attuali: il terreno di fondazione della diga costituito da marna sabbiosa sopra la quale insistono una bancata di arenaria dello spessore di circa 10 m e un secondo strato di marna sabbiosa di spessore variabile da 6 a 10 m ricoperto dal deposito alluvionale avente spessore variabile fino a 16 m. Questi terreni presentano caratteristiche anisotrope di permeabilit in senso verticale. Nelle zone sottostanti il nucleo, sono state realizzate in fase di costruzione una serie di iniezioni di impermeabilizzazione con miscela di acqua e cemento, per la chiusura delle eventuali fratture nella formazione di base.

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Tabella 1 - Caratteristiche dellinvaso di Penne (da [9] e [10]) NOTIZIE GENERALI Concessionario Consorzio della Bonifica Vestina Gestore Consorzio della Bonifica Vestina Utilizzazione del serbatoio Regolazione annuale delle portate del fiume Tavo per usi irrigui Bacino principale Fiumi Tavo-Saline Corso dacqua Fiume Tavo (affluente del fiume Saline) Periodo di costruzione 1966-1969 Coordinate (rispetto al meridiano di Roma Monte Mario) della linea mediana del coronamento Punto centrale a:422619 Long:12729

DATI PRINCIPALI DELLOPERA DI SBARRAMENTO Altezza della diga (ai sensi del D.M. 24.03.1982) 34.00 m Altezza della diga (ai sensi della L. 584/1994) 35.70 m Altezza di massima ritenuta 32.00 m Quota di coronamento 259.50 m s.l.m. Sviluppo del coronamento 438.00 m Larghezza del coronamento 6 m Franco (ai sensi del D.M. n44 del 24.03.1982) 2.00 m Franco netto (ai sensi del D.M. n44 del 24.03.1982) 1.54 m Volume della diga 520 000 m3 Classifica ai sensi del D.M. 24.03.1982 Diga in terra, zonata, con nucleo di terra per la tenuta Portata delle opere di scarico (con livello nel serbatoio alla quota 257.50 m.s.m.):

- Scarico di superficie - Scarico di fondo

312.00 m3/s 138.00 m3/s

Quota di massimo invaso 257.50 m s.l.m. Quota massima di regolazione 256.00 m s.l.m. Quota minima di regolazione 231.00 m s.l.m. Superficie dello specchio liquido:

- alla quota di massimo invaso - alla quota massima di regolazione - alla quota minima di regolazione

0.85 km2 0.80 km2 0.30 km2

Capacit di invaso di progetto: - volume totale di invaso (ai sensi del D.M.

24.03.1982) - volume totale di invaso (ai sensi della L.

584/1994) - volume utile di regolazione - volume di laminazione

10.44106 m3

9.20106 m3 8.80106 m3 1.24106 m3

Superficie del bacino imbrifero direttamente sotteso 184.00 km2 Portata di massima piena di progetto Tempo di svuotamento

450 m3/s 23 ore

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DEPOSITI CONTINENTALI QUATERNARI DEPOSITI MARINI MIO-PLIOCENICI

SIMBOLOGIA

Figura 10 - Stralcio del foglio geologico 140 Teramo (area del lago di Penne)

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Figura 11 - Sezione geologica della stretta (da [11])

Lo scarico di superficie, collocato in sponda sinistra, costituito da una soglia fissa controllata da una paratoia a ventola con funzionamento automatico in direzione quasi parallela al coronamento e da unadiacente soglia libera con ciglio sfiorante in direzione quasi normale al coronamento (Figura 12). La soglia intercettata dalla ventola di lunghezza pari a 10 m ha il ciglio a quota 254 m s.l.m., mentre a ventola chiusa in grado di assicurare la quota massima di regolazione pari a 256.00 m s.l.m.; la soglia sfiorante libera, a quota 256.00 m s.l.m. lunga 52 m. Lacqua sfiorata dalla soglia libera passa in un successivo tratto a debole pendenza, da cui ha inizio il canale di scarico, che ha andamento circa normale al coronamento della diga. Nello stesso canale confluisce anche la portata proveniente dalla paratoia a ventola. Lo sfioratore pu smaltire una portata massima di 312 m3/s, con il bacino alla quota di massimo invaso.

Figura 12 Scarico di superficie in sponda sinistra (vista planimetrica)

Lo scarico di fondo costituito da una galleria con rivestimento in calcestruzzo di diametro 3.60 m e lunghezza 274 m che attraversa la spalla sinistra della diga. La galleria intercettata, dopo circa 38 m dalla sezione di imbocco, da due paratoie piane a strisciamento (del tipo a saracinesca) con manovra a servomotore cilindrico oleodinamico alimentato dalla rete e dotato di gruppo elettrogeno di emergenza.

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Con livello di invaso a quota 257.50 m s.l.m., la portata esitabile dallo scarico di fondo, pari a 138 m3/s. Lopera di presa costituita da una galleria di diametro 1.60 m e lunghezza 70 m, con imbocco in sponda sinistra a quota di 231.00 m s.l.m. e sbocco nella galleria dello scarico di fondo, a valle delle paratoie. La galleria di derivazione intercettata da due paratoie metalliche piane a strisciamento a comando oleodinamico con alimentazione di rete e con gruppo elettrogeno di emergenza, disposte in serie. La collocazione delle opere di scarico e derivazione illustrata in Figura 13. Le acque derivate a valle della diga sono riprese in localit Passo Cordone con una traversa e incanalate in condotte che le trasportano in tutto il comprensorio servito, di circa 2850 ha, che comprende i comuni di Penne, Loreto Aprutino, Moscufo, Citt S. Angelo, Collecorvino, Montesilvano. Inoltre stato realizzato un impianto di autosollevamento che, sfruttando il salto idraulico della diga, consente lirrigazione dei distretti posti a quote superiori a quella della diga: lacqua non viene restituita direttamente al fiume ma fatta passare attraverso due turbine poste in asse a due pompe in grado di sollevare lacqua fino a quota 308.00 m s.l.m. in una vasca che alimenta ulteriori 1661 ha nei comuni di Loreto e Penne. Infine lacqua prelevata a valle delle turbine fatta confluire attraverso una condotta forzata in una vasca di carico e quindi in una centrale idroelettrica alle spalle della traversa di Passo Cordone per produrre mediamente 6 milioni di kWh lanno [12].

Figura 13 Planimetria della diga di Penne con indicazione delle opere di scarico e derivazione (da [11])

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Figura 14 Traversa di Passo Cordone

3.1.1 Interventi successivi allultimazione dei lavori Come documentato in [9], gli invasi sperimentali (a quota massima 240.60 m .l.m.) cominciati nel 1970 evidenziarono la necessit di alcuni interventi per migliorare la rispondenza tecnica e funzionale di alcuni manufatti e per migliorare la tenuta in profondit in corrispondenza della sezione di sbarramento. Fra tutti importante ricordare la costruzione di uno schermo di impermeabilizzazione integrativo in sponda destra realizzato nel 1981. A partire dal 1974 furono osservate filtrazioni significative provenienti dal ramo destro del sistema drenante a valle del nucleo attribuite a filtrazione attraverso il banco di alluvioni antiche sottostanti la spalla destra della diga: fu pertanto realizzato, mediante iniezioni di miscela cemento-bentonite e iniezioni di silicato, uno schermo integrativo di impermeabilizzazione esteso per un fronte di quasi 200 m in corrispondenza dellalluvione e del banco di arenaria profonda. In sede di approvazione del progetto esecutivo era stato richiesto il controllo delle condizioni di stabilit della sponda sinistra: per questo motivo in fase di costruzione fu realizzata una protezione con muratura di pietrame a secco di spessore di circa 23 m parallelo alla formazione marnoso-arenacea e con pendenza 1:1 sul tratto di sponda che sovrasta gli imbocchi dello scarico di fondo e della galleria di derivazione: lo schermo di protezione immorsato nel terreno con ununghia di appoggio e interessa tutta laltezza della formazione marnosa fino al piano di base delle arenarie. La protezione stata integrata con un rinfianco in scogliera immorsato al piede mediante unampia unghia di appoggio per aumentarne la stabilit con pendenza 1/1.15. A valle della zona gi protetta, fra lo scarico di superficie e il paramento di monte della diga, rimasta scoperta una porzione di pendio su cui impostata la soglia dello sfioratore. Nel corso di una delle visite effettuate dalla Commissione di Collaudo (1990) fu espressa la necessit del parere di un geologo per accertare le condizioni di questa porzione di sponda e per valutare la possibile evoluzione delle condizioni di conservazione e stabilit. La formazione marnosoarenacea, a causa dellimbibizione dovuta sia allalternanza di svasi e invasi del serbatoio, sia alle precipitazioni, potrebbe peggiorare le sue caratteristiche meccaniche e cedimenti o movimenti, anche nella sovrastante bancata di arenaria. Lispezione del geologo effettuata lo stesso anno rivel da un lato il buono stato di conservazione e funzionamento del rinforzo realizzato in fase di costruzione, dallaltro la presenza di un lento processo di erosione della porzione scoperta di pendio attribuibile ai cicli di asciutto e bagnato: il fenomeno fu ritenuto naturale e di lenta evoluzione, per questo motivo non

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preoccupante per la stabilit della sponda, della fondazione dello sfioratore e della spalla sinistra della struttura. Tuttavia, poich larea in esame fu giudicata essere critica in particolare per la funzionalit dello sfioratore, fu prevista la realizzazione di un rinforzo della sponda uguale a quello gi realizzato per laltra porzione della sponda e il rinforzo della bancata di arenaria con chiodature. Tale intervento, giudicato nel 1990 di modesta entit e non urgente, non ancora stato realizzato. A causa degli interventi resisi necessari a seguito dei primi invasi sperimentali, il raggiungimento della quota di massima regolazione nel serbatoio stato ritardato per alcuni anni, ritardando di conseguenza le verifiche per il collaudo tecnico delle opere, avvenuto nellanno 1996.

3.1.2 Monitoraggio, misure per il controllo e sorveglianza La diga di Penne dotata di un buon sistema di monitoraggio che ha consentito di controllare efficacemente le prestazioni della diga sin dai primi invasi sperimentali. Dal Foglio di Condizioni per lesercizio e la manutenzione [10] si rileva che al momento del collaudo della diga erano previste le seguenti misure: Spostamento (settimanali) a mezzo di assestimetri, posti in corrispondenza di 6 postazioni lungo tre

sezioni caratteristiche della diga (una sul fondo valle e due in prossimit delle spalle). In ogni sezione sono installati due assestimetri a piastra, uno in corrispondenza del coronamento ed il secondo in corrispondenza della banchina a quota 249.50 m s.l.m. lungo il paramento di valle.

Pressione interstiziale (mensile) mediante 25 manometri elettroacustici (non tutti ancora funzionanti), 17 nel nucleo, 6 nel fianco di monte, 2 nel fianco di valle, collegati a una centralina di misura, con taratura a diapason, installata nella cabina situata in corrispondenza dellunghia di valle.

Livelli piezometrici rilevati con frequenza settimanale per mezzo di 17 piezometri, ubicati 3 in corrispondenza del piede di valle, 4 in sponda sinistra (2 monte, 2 a valle), 8 in sponda destra (2 a monte, 6 a valle) e 2 lungo la banchina a quota 249.50 m s.l.m. del paramento di valle, a destra. Le profondit dei livelli piezometrici rispetto alla testa del piezometro, di cui nota la quota, sono misurate mediante un indicatore di livello avvolgibile con sondina rilevatrice a suoneria.

Perdite rilevate giornalmente, mediante recipiente graduato e cronometro, in corrispondenza della cabina al piede della diga dove convergono separatamente i drenaggi provenienti dalla spalla destra, dalla spalla sinistra, dalla parte centrale della diga e da una piccola sorgente in sinistra.

Successivamente sono state predisposte altre misure: Dal 2003 sono stati rilevati gli spostamenti della diga con frequenza mensile attraverso misure di

livellazione e la collimazione. Dal 1999 sono rilevate le perdite attraverso due pozzetti (stramazzi) posti sul lato destro del

paramento di valle per il controllo di un processo di filtrazione spalla destra. Negli ultimi 10-12 anni sono state istallate nuove postazioni piezometriche (la maggior parte in

corrispondenza della spalla destra rilevate e analizzate per il controllo della filtrazione [13]). Il programma di monitoraggio prevede inoltre: la misura giornaliera del livello dellacqua, della minima e della massima temperatura dellaria, il rilievo delle condizioni atmosferiche, la verifica mensile delle opere di scarico (comprese le verifiche di funzionamento delle paratoie e dei meccanismi ordinari e di sicurezza), la misura settimanale della portata del fiume Tavo. Infine il Servizio Idrografico di Pescara fornisce attraverso un loro pluviografo a Penne, le rilevazioni delle precipitazioni. Nel Foglio Condizioni [10] sono previste anche le osservazioni dirette da effettuare in caso di normale esercizio e di eventi particolari (raggiungimento della massima ritenuta o del massimo invaso, rapido svaso) o eccezionali (terremoti o piene): si evince che lo stato della diga e delle sue opere accessorie attentamente e costantemente tenuto sotto controllo. La diga peraltro sorvegliata quotidianamente dal custode durante lorario di lavoro: nelle vicinanze (in corrispondenza della traversa) collocata una seconda casa di guardia presidiata 24 ore su 24 in collegamento telefonico e via radio con la diga. Infine la struttura dotata di una sirena di allarme e di un generatore di emergenza controllati settimanalmente. I dati del monitoraggio [14] hanno evidenziato quale unica anomalia un processo di filtrazione in spalla destra, che si manifesta con una perdita dacqua per valori di invaso eccedenti i 249 m s.l.m. In

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precedenza ( 3.1.1) erano state gi riscontrate delle perdite attribuite a un processo di filtrazione attraverso le alluvioni antiche presenti in spalla destra: dopo lintervento di impermeabilizzazione effettuato nel 1981 non c stata pi alcuna evidenza di filtrazione fino al 1999. Il fenomeno comunque sotto osservazione e studio ed esistono gi proposte di intervento in fase di valutazione.

3.2 Raccolta, revisione e analisi delle informazioni Il primo passo dello studio stata la raccolta e la revisione della documentazione relativa alla diga, messa a disposizione dal Consorzio di Bonifica Centro. Al fine di rendere le informazioni facilmente disponibili a tutti i membri del gruppo di lavoro, molti documenti sono stati digitalizzati e archiviati utilizzando un servizio di file hosting e sincronizzazione automatica di file tramite web. Fra questi alcuni particolarmente importanti per la valutazione della sicurezza sono: gli atti di collaudo, il foglio condizioni per lesercizio e la manutenzione, lo studio idrologico e le verifiche idrauliche, lindagine della propagazione dellonda di piena per eventuale collasso dello sbarramento, il piano di protezione civile. stato anche condotto un sopralluogo in sito per ispezionare la diga con le sue opere accessorie, la riserva, le sponde e parte dellarea a valle. La documentazione raccolta stata attentamente revisionata e analizzata dai componenti del gruppo di lavoro per poi essere discussa e condivisa in alcune sessioni di lavoro con gli altri membri del gruppo. Questa fase, grazie anche al coinvolgimento dei tecnici responsabili della struttura, ha consentito di raggiungere un buon grado di conoscenza della diga e di dare una prima valutazione sul suo stato attuale, identificando i potenziali problemi, le carenze e la necessit di ulteriori studi. La raccolta, la revisione e la discussione della documentazione ha rappresentato di per se un immediato beneficio, in quanto ha consentito di riunire (e condividere) informazioni di studi riguardanti diversi aspetti: peraltro una volta fatto lo sforzo iniziale di raccogliere la documentazione, creando un archivio digitale, il suo aggiornamento e la sua gestione dovrebbero risultare pi agevoli.

3.3 Definizione della pericolosit e analisi degli scenari di carico La definizione della pericolosit consiste nellidentificare e nel valutare in maniera probabilistica le sollecitazioni che potrebbero danneggiare il sistema costituito dalla diga, il serbatoio e le sue opere accessorie, dalla fondazione e dalle sponde. Nello studio sono stati considerati tre scenari di carico: 1) statico, 2) idrologico e 3) sismico. Il primo scenario si riferisce al normale esercizio dellimpianto, mentre il secondo e il terzo a eventi eccezionali quali piene o terremoti. Altri scenari, quali linvecchiamento, gli errori umani e le minacce antropiche (sabotaggio, vandalismo o atti terroristici) sono state trascurate in questa fase di analisi (perch considerate molto meno plausibili rispetto ai tre scenari studiati). Inoltre poich la probabilit di occorrenza simultanea degli eventi eccezionali pu essere considerata trascurabile, tali scenari sono stati esclusi dal modello di rischio.

3.3.1 Scenario statico La probabilit di occorrenza per lo scenario carico statico stata valutata analizzando i dati storici del livello di invaso del serbatoio di Penne [14]. Le osservazioni sono disponibili per un periodo di circa 20 anni, sufficienti per potere assumere che le operazioni future possano essere approssimate da quelle passate. Losservazione dei dati raccolti mostra che, siccome la diga ha principalmente uno scopo irriguo, il livello del serbatoio mantenuto prossimo alla quota di massima regolazione (256 m s.l.m.) per circa 6 mesi lanno (allincirca da gennaio-febbraio fino giugno-luglio), mentre per i restanti sei mesi mantenuto a quote inferiori a 250 m s.l.m. Non si riscontrano sostanziali variazioni nellesercizio dellinvaso di cui sarebbe stato necessario tenere conto nellanalisi delle serie storiche. USBR suggerisce di trattare diversamente i dati per la valutazione della probabilit di eccedenza del livello di invaso a seconda che il modo di rottura che si analizza sia prodotto da uno scenario statico, idrologico o sismico. Per i potenziali modi di rottura dello scenario statico le stime devono essere annualizzate e considerare la possibilit che il serbatoio raggiunga un certo livello ogni anno: in questo caso devono essere presi in considerazione solo i massimi annuali. Invece per i modi di rotture legati

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agli scenari idrologico e sismico, le stime sono annualizzate dalla probabilit di occorrenza dellevento estremo: in questo caso il dato di interesse la probabilit di eccedenza al momento della piena o del terremoto. Per questa stima si utilizzano tutti i dati disponibili (giornalieri) [6]. Il trattamento dei dati stato realizzato osservando preliminarmente il grafico dei punti che rappresenta levoluzione temporale della quota del bacino al fine di evidenziare, correggere o cancellare eventuali anomalie quali dati mancanti, errori di trascrizione o salti improvvisi. Quindi sono stati individuati il massimo e il minimo livello raggiunti dalla riserva (256.24 e 234.16 m s.l.m.) e definito un intervallo di calcolo (1 m). Per lo scenario statico stato necessario inoltre calcolare la quota massima per ciascun anno e ordinare i dati in ordine crescente. Quindi per ciascun livello e per ciascun scenario, sono state valutate la probabilit di eccedenza. La Figura 15 e la Figura 16 mostrano la probabilit di eccedenza da utilizzare rispettivamente per la valutazione della pericolosit nel caso dello scenario statico e per la valutazione del livello di invaso al momento dellaccadimento di un evento estremo nel caso degli scenari idrologico e sismico.

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Proba

bilit

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cced

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nu

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Livello d'invaso (m s.l.m.)

Figura 15 Probabilit annuale di eccedenza della quota del lago per lo scenario statico

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234.00 238.00 242.00 246.00 250.00 254.00 258.00

Pro

babi

lit d

i ecc

eden

za

Livello di invaso (m s.l.m.)

Figura 16 Probabilit di eccedenza della quota del lago per gli scenari idrologico e sismico

3.3.2 Scenario idrologico Per la valutazione dello scenario idrologico sono stati utilizzati i risultati dello studio idrologico effettuato nel 2005 dal prof. ing. G. Remedia [14] redatto su incarico del Consorzio di Bonifica Centro per rispondere alla prescrizione del Registro Italiano Dighe (RID) inviata a tutti i concessionari in adempimento delle disposizioni di cui allart. 4, comma 1, del D.L. 79/04 [16]. La prescrizione del RID riguarda la valutazione della sicurezza idrologico idraulica degli sbarramenti, tenuto conto dei progressi tecnico - scientifici registrati nel campo dellidrologia nonch della serie di dati direttamente registrati durante lesercizio dei serbatoio o comunque resi disponibili. La prescrizione richiede che le verifiche debbano contenere la valutazione della portata di piena con periodo di ritorno di 100, 200, 500 e 1000 anni, dove la portata con tempo di ritorno 1000 anni (piena millenaria) considerata la portata di riferimento. Lo studio idrologico un aggiornamento delle valutazioni di massima piena (risultata pari a 450 m3/s) per il dimensionamento degli organi di scarico realizzate nel progetto originale del 1962 e nelle sue varianti del 1965. Per lo studio sono stati analizzati i dati del Consorzio di Bonifica Centro, derivati dalla gestione dellinvaso di Penne, costituiti da dati di onde di piena registrate dopo linizio degli invasi sperimentali; i dati del Servizio Idrografico e Mareografico di Pescara (S.I.&M.), costituiti da campioni dei massimi annuali della portata al colmo sul fiume Tavo alla Stazione di S. Pellegrino (a circa 5 km a valle di Penne) e su altri fiumi della Regione Abruzzo, da valori di portata massima giornaliera del fiume Tavo alla stazione di S. Pellegrino e da idrogrammi di piena registrati, alla stessa sezione del Tavo a S. Pellegrino, in occasione di eventi eccezionali.

3.3.2.1 Valutazione della portata al colmo

3.3.2.1.1 Stime effettuate utilizzando i dati del Servizio Idrografico e Mareografico di Pescara Lanalisi preliminare delle portate massime storiche sui diversi fiumi dellAbruzzo consente di ricavare una curva inviluppo, funzione dellarea del bacino sottesa: per il Tavo a Penne risultata una massima piena di 456 m3/s, valore praticamente coincidente con i 450 m3/s di progetto.

Rapporto

13000896


Utilizzando i dati delle serie storiche del Servizio Idrografico sono state calcolate le portate al colmo per i tempi di ritorno richiesti utilizzando diversi metodi statistici: 1) stima valutando la funzione di probabilit di tipo EV1 o di Gumbel, utilizzando i dati delle massime

portate annue al colmo a San Pellegrino; 2) stima valutando la funzione di probabilit di tipo TCEV, utilizzando i dati delle massime portate

annue al colmo a San Pellegrino; 3) stima mediante statistica PDS (Partial Duration Series) dei massimi giornalieri, utilizzando i dati

delle portate giornaliere a San Pellegrino eccedenti il valore soglia di 10 m3/s, e passaggio alle portate massime al colmo mediante stima del coefficiente di picco (rapporto tra la portata massima al colmo e la media giornaliera);

4) stima mediante regionalizzazione statistica con il metodo della portata indice, utilizzando insieme ai dati del Tavo a S. Pellegrino anche quelli di unarea valutata idrologicamente omogenea nella quale ricade il Tavo.

I risultati ottenuti con il secondo metodo sono stati scartati perch di molto superiori a quelli ottenibili con gli altri metodi: daltra parte i parametri della funzione di probabilit di tipo TCEV possono essere calibrati con affidabilit utilizzando le serie campionarie di una singola stazione solo se la serie molto lunga, almeno superiore agli 80 anni, mentre nel caso analizzato la serie include 36 anni, 7 dei quali successivi alla costruzione della diga di Penne. Il confronto dei grafici dei dati ottenuti con metodi 1 e 3, campionati su cartogramma probabilistico, consente di scegliere la EV1 (che manifesta migliore adattamento) quale legge probabilistica rappresentativa della statistica delle portate massime annuali alla stazione del Tavo a S. Pellegrino. La stima effettuata riguarda la stazione del Tavo a S. Pellegrino: la portata alla diga di Penne stata ricavata sulla base del rapporto fra le superfici efficaci per i flussi di piena sottese dalla due sezioni (165 km2 per S. Pellegrino e 136 km2 per Penne) con due metodi: quello del rapporto della radice quadrata delle aree sottese e quello dellinvarianza del contributo di piena q100. I risultati sono riportati in Tabella 2, dove QSP la portata a S. Pellegrino e QP quella a Penne.

Tabella 2 Portata al colmo QP e contributo di piena qP del fiume Tavo a Penne [14]

Il quarto metodo (analisi regionale) stato applicato per verificare ladeguatezza e la conservativit delle stime di portata di piena per i differenti tempi di ritorno T effettuate con il primo metodo (EV1), vista la non elevata dimensione del campione disponibile (N = 29) e la presenza, in questo campione, di un dato eccezionale prossimo ai limiti della fascia fiduciaria. Con lanalisi regionale si ottengono valori di portata al colmo inferiori di circa il 13% rispetto a quelli ottenuti con la funzione EV1 (metodo invarianza q100), confermando laspetto cautelativo di questi ultimi.

3.3.2.1.2 Stime effettuate utilizzando i dati del Consorzio Dallinizio degli invasi sperimentali, sono stati rilevati tutti gli eventi di piena occorsi alla stretta di Penne, caratterizzati da portata di picco superiore a 20.00 m3/s, sintetizzati in Tabella 3. Il campione disponibile (di soli 10 valori) stato utilizzato per la valutazione statistica delle portate di piena: come evidenziato anche nello studio, vista lesiguit del campione, la stima ha una ridotta affidabilit.

Rapporto

13000896


I valori di portata al colmo sono inferiori di oltre il 30% rispetto a quelli ottenuti con la funzione EV1 (metodo invarianza q100).

Tabella 3 Sintesi dei valori di picco delle portate entranti [14]

3.3.2.1.3 Stime effettuate utilizzando i risultati dello studio VAPI della Regione Abruzzo In adempimento alla legge 183 del 1989, la Regione Abruzzo ha fatto realizzare il Piano Stralcio di Bacino Difesa Alluvioni riferito ai bacini idrografici di rilievo regionale e a quello di rilievo interregionale del fiume Sangro. Lo studio (affidato a ATI BETA Studio srl e WL Delft Hydraulics), stato condotto secondo la procedura VAPI (VAlutazione PIene) promossa dal C.N.R.-Gruppo Nazionale per la Difesa dalle Catastrofi Idrogeologiche (G.N.D.C.I.). Lobiettivo del progetto VAPI la realizzazione di procedure idonee per acquisire la stima del valore della precipitazione massima annuale o della portata massima annuale istantanea per un assegnato tempo di ritorno T, per stazioni strumentate ma dotate di campioni non significativi statisticamente, e in assenza totale di informazione idrologica. Le analisi hanno portato allindividuazione di zone idrologicamente omogenee allinterno delle quali la relazione fra la grandezza cercata e il suo tempo di ritorno identica a meno di un fattore di scala specifico di ogni stazione: la grandezza indice. Assumendo come curva di crescita quella ottenuta dallo studio del Piano Stralcio Difesa Alluvioni della Regione Abruzzo, nello studio idrologico per la diga di Penne la portata indice alla sezione di Penne e le portate al colmo per i diversi tempi di ritorno sono calcolate con diversi modelli. Le portate che risultano sono inferiori di circa il 1017% rispetto a quelle calcolate con la regionalizzazione effettuata nello studio idrologico e inferiori di circa il 23-28% rispetto alle stime effettuate con lanalisi idrologica puntuale.

3.3.2.1.4 Valori finali Come documentato nello studio idrologico, si scelgono quali valori finali quelli ottenuti con la stima mediante funzione di probabilit EV1 che sono peraltro i pi cautelativi. In Tabella 4 sono riportati i valori di portata al colmo per i diversi tempi di ritorno.

Tabella 4 Portata al colmo del fiume Tavo a Penne per differenti valori del tempo di ritorno [14]

3.3.2.2 Stima degli idrogrammi di piena Nello studio idrologico stato stimato anche lidrogramma di piena per il tempo di ritorno di 1000 anni assumendo la conservazione della forma rispetto a quello massimo registrato dal Consorzio il 910 aprile 1992, avente due picchi di portata Qc pari a 197.60 m3/s e 173.00 m3/s e aumentando tutti i punti secondo il rapporto k(t) = Q(t)/Qc

in modo da avere il picco massimo pari a 500 m3/s. Tale idrogramma stato valutato al fine di calcolare leffetto di laminazione da parte della diga.

Rapporto

13000896


Tuttavia per la costruzione del modello di rischio necessario poter disporre di studi di laminazione anche per gli altri tempi di ritorno considerati. Per la valutazione degli idrogrammi a partire dalle portate massime al colmo QT per diversi tempi di ritorno necessario valutare il volume di piena associato. Ci pu essere fatto se si conosce, per i vari tempi di ritorno, la legge con cui il valore QD,T della portata media in una finestra temporale D, si riduce allaumentare dell intervallo di tempo D. Tale legge, nota come curva di riduzione dei colmi di piena, rappresentata dallespressione del rapporto fra le due grandezze [17]:

(1) T

TD,, Q

Q= TD

Questa legge dipende dalle caratteristiche pluviometriche e geomorfologiche del bacino imbrifero a monte della sezione dinteresse e diversi autori ne hanno ricavato delle espressioni in funzione della piovosit e/o dei tempi di ritardo fra lafflusso di pioggia ed il rispettivo deflusso alla sezione di chiusura. Da analisi empiriche stato anche notato che essa praticamente indipendente dal tempo di ritorno T. Per la valutazione degli idrogrammi relativi alla diga di Penne stata utilizzata la formulazione di Fiorentino [17], caratterizzata dalla presenza di un solo parametro, k, che ha le dimensioni del tempo:

(2)

=

kD

Dk

TD exp1,

In genere il parametro k viene ricavato a partire dalle caratteristiche geomorfologiche del bacino, in questo caso invece stato ricavato dallidrogramma di piena del 1992 secondo un procedimento inverso che di seguito viene decritto. Il volume dellonda di piena in arrivo pu essere stimato utilizzando un idrogramma, statisticamente equivalente a quelli reali, detto idrogramma standard a cui si pu assegnare una espressione analitica che rispetti la condizione di compatibilit con la curva di riduzione dei colmi di piena. Perch esista tale compatibilit deve valere la relazione:

(3) TD,TTD, Q)(1

maxQ =

= dttqD

cio la massima fra tutte le portate medie calcolate su una finestra temporale D dellidrogramma deve essere uguale alla portata al colmo QT moltiplicata per il valore della curva di riduzione D,T nel punto di durata D. Se si ipotizza che tale idrogramma sia costituito da una risalita istantanea da t0 e per la valutazione di TD , ci si riferisce alla formulazione di Fiorentino, lidrogramma standard assume lespressione:

(4)

=

kt

t expQ)(q T

Se invece, in maniera del tutto equivalente, si considera un idrogramma simmetrico rispetto allasse t=0, tale da restituire la stessa portata media dellidrogramma precedente si ha:

(5)

=

2/

2/0T )(qexpQ

t

t

t

dttdtkt

e si ottiene la seguente ulteriore espressione per lidrogramma standard

(6)

=

ktt 2

expQ)(q

T

Fiorentino [18] ha derivato dallequazione (4) unespressione del volume Vq0,T dellidrogramma di piena al disopra di una certa portata q0 che ha la seguente espressione

Rapporto

13000896


(7) =0

0000 q)(q

q

q tdttV

=

0

000T0 qexpQ

q

q tdtktV

dove t0 il tempo in cui si verifica la portata q0 nel tratto discendente dellidrogramma e vale:

(8)

=

T

00 Q

qlnkt

dalla (7) e dalla (8) si ottiene il volume dellidrogramma di piena al disopra della portata q0:

(9)

+=

+

=

T

000T

T

00T0 Q

qlnqqQQqlnqexp1Q kk

ktkVq

Nel caso della diga di Penne, assunto q0 pari alla portata naturale, preesistente larrivo della piena del 1992, e t0 pari alla durata di tale piena, fra il suo arrivo ed il ritorno alla portata q0 nellalveo, si sono ricavati dallidrogramma Vq0, e QT; da questi valori stato quindi possibile ricavare k e quindi la curva di riduzione dei colmi di piena. Con essa si sono costruiti gli idrogrammi per i diversi tempi di ritorno assumendo la forma standard di tipo simmetrica data dallequazione (6). Gli idrogrammi standard ottenuti per i tempi di ritorno 100, 200, 500 e 1000 anni sono mostrati in Figura 17: si riportano per confronto anche lidrogramma del 1992 standardizzato (cio con stesso volume ma simmetrico rispetto al colmo) e quello reale iniziale (con traslazione dei tempi tali da far coincidere il colmo con quello degli idrogrammi standard) utilizzato per la determinazione del parametro k. Si riporta infine anche lidrogramma completo calcolato dal Consorzio con il metodo della conservazione della forma per il tempo di ritorno di 1000 anni.

0

100

200

300

400

500

600

-16 -12 -8 -4 0 4 8 12 16

Q [m

3 /s]

T [ore]

Q92 reale Q92Q100 Q200Q500 Q1000Q1000 C

Figura 17 - Idrogrammi sintetici alla diga di Penne

3.3.2.3 Verifiche idrauliche agli organi di scarico Gli studi effettuati dal Consorzio contengono anche le verifiche agli organi di scarico [14]. Sulla base delle caratteristiche degli organi di scarico sono state calcolate le portate massime scaricabili per diversi

Rapporto

13000896


livelli dinvaso. Sulla base delle indicazioni generali del RID, stata valutata anche lipotesi di ventola bloccata. I risultati sono riportati nella Tabella 5.

Tabella 5 Elementi caratteristici del funzionamento degli sfioratori e dello scarico di fondo [14]

dove: Q1 la portata esitata dalla soglia sfiorante libera, con quota del ciglio q=256.00 m s.l.m.; Q2 la portata esitata dalla soglia sfiorante con paratoia a ventola, con quota fissa q=254.00 m s.l.m.

e quota ciglio q=256.00 m s.l.m.; Q2 la portata esitata dalla soglia sfiorante con paratoia a ventola bloccata e quota ciglio

q=256.00 m s.l.m.; Q3 portata esitata dallo scarico di fondo completamente aperto. In base alle caratteristiche degli scarichi, si ottengono, per la portata di progetto di 450 m3/s e per la portata millenaria di 500 m3/s, i livelli del lago riportati nella Tabella 6, nelle cui ultime due colonne sono riportati il franco ed il franco netto rispetto alla quota del coronamento pari a 259.50 m s.l.m.

Tabella 6 Livelli del lago ottenuti in base alle caratteristiche degli scarichi per la portata di progetto e per la portata millenaria.

LIVELLO Q1 Q2 Q2 Q3 Qtot Qtot FRANCO FRANCO NETTO [m s.l.m.] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m] [m]

257.50 201.0 111.1 32.5 138 371.54 450.08 2.00 1.54 257.89 231.4 129.9 45.9 138.74 415.95 500.00 1.61 1.15 258.58 286.4 166.5 73.6 140.06 500.00 592.90 0.92 0.46

Nello studio stato analizzato anche il caso estremo in cui si ipotizza il mancato funzionamento pure dello scarico di fondo (che comporterebbe lannullamento della portata Q3): in questo caso, in assenza di laminazione, il livello nel lago si attesterebbe sulla quota di 259.70 m s.l.m. causando il sormonto del coronamento.

3.3.2.4 Laminazione dellonda millenaria Nella relazione idrologica, una volta stimato lidrogramma di piena millenario con il metodo della similitudine di forma con la piena del 1992 (trasformazione con omotetia per similitudine), stato simulato il transitorio al serbatoio risolvendo lequazione di continuit dei laghi [14]. Le simulazioni hanno permesso di valutare la portata massima esitata dagli organi di scarico e il livello del lago tenendo conto degli effetti di laminazione dellinvaso della diga Penne per tre scenari A, B e C che considerano rispettivamente la piena efficienza di tutti gli organi di scarico, il mancato funzionamento dello scarico di fondo e il mancato funzionamento sia dello scarico di fondo, sia della ventola. I risultati in termini di franco e franco netto sono riportati in Tabella 7: Lo scenario C quello previsto anche dal DM. 24 marzo 1982 [19] nel quale per il progetto delle dighe in terra previsto che La portata massima da scaricare per il pi gravoso evento di piena previsto

Rapporto

13000896


deve essere evacuabile unicamente con gli scarichi di superficie. Essi potranno essere costituiti da una o da pi soglie libere ovvero da soglie libere o da soglie munite di paratoie automatiche. In questo secondo caso, considerata lipotesi di mancato funzionamento della paratoie, la portata pari ad almeno met della massima che previsto di scaricare per il pi gravoso evento di piena, deve essere evacuabile con le soglie libere, ammesso peraltro che in tale condizione il franco netto si riduca a valori met di quelli sopra indicati, fatto salvo il minimo di un metro.

Tabella 7 Valori del franco negli scenari A, B e C SCENARIO FRANCO FRANCO NETTO

[m] [m] A 2.054 1.594 B 1.163 0.703 C 0.5172 0.057

Nella Figura 18 riportato il digramma di laminazione della piena millenaria per i tre scenari considerati. Solo per lo scenario A, di efficiente funzionamento di tutte le opere di scarico, in occasione della piena millenaria risulterebbero rispettati il franco e il franco netto, pari rispettivamente a 2.00 m e di 1.54 m come indicato nel foglio condizioni.

250

252

254

256

258

260

262

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 10 20 30 40

Liv

ello

di

in

vaso

[m

s.

l.m.]

Q(m

3 /s)

Tempo (ore)

Qin Qout AQout C Qout BWL A WL CWL B

massimo invaso

coronamento

Figura 18 - Digramma di laminazione della piena millenaria negli scenari di massima e minima efficienza degli organi di scarico

3.3.2.5 Valutazione del tempo di ritorno della portata che determina lannullamento del franco Nello studio idrologico stato valutato, come richiesto dal RID, il valore della portata di picco (e del rispettivo tempo di ritorno) che determina lannullamento del franco, tenendo conto della laminazione del serbatoio per i tre scenari prima citati. I risultati riassunti nella Tabella 8, mostrano che nel peggiore degli scenari possibili (scarico di fondo ostruito e ventola bloccata) il tempo di ritorno della piena in grado di annullare il franco superiore a 3500 anni.

Rapporto

13000896


Tabella 8 Portata di massima piena affluente nel serbatoio di Penne per diversi scenari e per condizioni di esaurimento del franco

3.3.2.6 Considerazioni sullo studio Lo studio determina le portate di piena con diversi tempi di ritorno mediante analisi statistiche sul campione di portate registrate dal Servizio Idrografico prima della costruzione della diga alla stazione del Tavo a S. Pellegrino posta circa 5 km a valle dello sbarramento. I risultati ottenuti sono stati verificati con quelli ottenuti con diversi altri metodi sempre basati su analisi storiche di portate di corsi dacqua dellAbruzzo. Dal confronto si evince che il primo metodo produce i valori pi cautelativi e questi sono stati utilizzati per le verifiche idrauliche della capacit degli scarichi della diga. Si fa presente che il risultato molto condizionato da un evento notevolmente inteso (Qc=495 m3/s) avvenuto l8 ottobre 1963. Nella Figura 19 il punto rappresentativo di questo evento confrontato con le portate massime storiche assolute degli altri fiumi dellAbruzzo e con linviluppo di tali dati.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Q [m

3 /s]

Area [km2]

Qmax storica

Qc=495 m3/sTavo a S. Pellegrino8 ottobre 1963

Figura 19 Portate massime storiche assolute degli altri fiumi dellAbruzzo rispetto allarea del bacino imbrifero e curva inviluppo di tali portate

Dal punto di vista della lunghezza del campione, la verifica effettuata mediante analisi regionale, che si basa sul presupposto che la carenza di informazione di una singola serie di osservazioni ai fini dellestrapolazione statistica sia colmata sostituendo lo spazio al tempo, offre delle garanzie aggiuntive. Infatti nella regione valutata come omogenea a quella del fiume Tavo, cio

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