LO SBARRAMENTO ATTIVO D’ALVEO

1) Premessa

Le pianure italiane sono attraversate da numerosi corsi d’acqua naturali e da canali artificiali il cui scopo è quello di addurre al mare le acque di scolo di vasti territori essendo caratterizzate di anno in anno da volumi in continua ed inarrestabile crescita cui non è materialmente possibile far fronte per le obbiettive difficoltà che vi si incontrano. Lo scopo della presente nota è la presentazione di una possibile soluzione di alcuni problemi in maniera razionale ed economica.

 

2) CARATTERISTICHE DEI CANALI DI PIANURA

La parte finale dei corsi d’acqua e cioè quella che interessa gli ultimi tratti prossimi allo sbocco a mare, presenta delle caratteristiche del tutto particolari soprattutto in relazione alla esigua pendenza longitudinale che rende minimo il carico idraulico atto a conferire al canale una portata congruente con i volumi idrici in gioco. In altri termini la resa idrica dei canali, nelle zone pianeggianti che precedono la foce dei corsi d’acqua, è molto modesta e risulta molto difficoltoso aumentarne il valore. Essendo invariabile la pendenza motrice, l’unica possibilità che rimane è l’aumento della sezione liquida anch’essa condizionata da un fattore negativo e cioè dalle quote di minimo e massimo invaso che, a meno di casi del tutto particolari, non è possibile variare. Infatti le quote di fondo alveo sono fissate dalle caratteristiche del mezzo nel punto di sbocco in quanto un eventuale approfondimento del canale con quote finali inferiori rispetto ad esso comporterebbe un funzionamento rigurgitato ed un sicuro innalzamento del fondo del canale dovuto ai depositi di materiale minuto che finirebbe per riempire l’approfondimento stesso annullandone l’efficacia. La stessa cosa può dirsi per le quote di fondo lungo l’asta del corso d’acqua che sono tutte definite dai trasporti solidi in atto e che non possono essere modificati artificialmente. In modo similare l’aumento della sezione non può essere attuato tramite innalzamento degli argini e quindi del pelo libero se non per altezze limitate (ad esempio per un massimo di un solo metro) in quanto ciò si rifletterebbe negativamente sugli affluenti con disastrose conseguenze. Nella situazione normale non resta che allargare il letto fermi restando, per le ragioni indicate, le quote di fondo e di sommità argine. Sovente anche questa operazione è resa impossibile per la mancanza dello spazio fisico nel quale ricavare i citati allargamenti.

3) LA SOLUZIONE PROPOSTA

Se si esamina il funzionamento a pelo libero di un canale balza agli occhi come il fattore che interverrebbe più di tutti gli altri nel migliorare la portata da adducibile è rappresentato senza dubbio dalla sua pendenza assoluta. Ad esempio in un canale avente le sponde inclinate a 45 gradi, larghezza al fondo di 5 metri, pendenza del 0.1 per mille (10 cm ogni chilometro compatibili con una normale situazione di pianura italiana ) ed un’altezza massima del tirante in tempo di piena di 5 metri, si ha una portata di circa 50 mc/sec. Supponendo di raddoppiare la larghezza del fondo alveo fermi restando tutti gli altri elementi e cioè la pendenza e l’inclinazione delle sponde si otterrebbe una portata di 85 mc/sec cioè un aumento percentuale del 70 %. Se si considera la sopraelevazione degli argini di un solo metro che può considerarsi fattibile senza sconvolgere tutto il sistema di raccolta e convogliamento acque, si ottiene ancora una portata adducibile di 85 mc/sec con lo stesso incremento del 70%. Se invece si potesse aumentare la pendenza portandola allo 0.5 per mille (50 cm al chilometro) , fermi restando tutti gli altri elementi dimensionali iniziali, la portata arriverebbe a 120 mc/sec con un aumento percentuale di ben il 140 % mentre aumentando la pendenza fino al 1% (un metro al Km) la portata assume un valore di ben 160 mc/sec con un aumento del 220 %!.
E’ quindi evidente come è sulla pendenza che bisogna operare per ottenere benefici di una certa rilevanza. Ovviamente tale risultato non può essere raggiunto per vie naturali ma soltanto adottando artifici meccanici analoghi a quelli normalmente usati per la bonifica di territori depressi ma dai quali però si differenziano sia per una diversa costituzione delle opere sia per le modalità di esercizio che comprendono due distinte fasi. La prima di esse, relativa alle portate idriche di piena che statisticamente hanno durate brevi, consiste nel sollevamento dell’acqua al fine di farle assumere il maggiore carico idraulico di cui si è detto, la seconda, che si riferisce invece a flussi idrici caratterizzati da durate notevolissime ma da portate esigue, ha lo scopo di utilizzare tutto il carico in esubero durante i periodi di portata magra, di media e di morbida per produrre energia elettrica tramite l’utilizzazione di alcune delle stesse pompe idrovore di cui si è detto ma aventi la peculiare caratteristica di essere reversibili. In pratica tali macchine sono costituite da motori elettrici che, quando necessario, possono anche fungere da alternatori atti a produrre, sotto la spinta dell’acqua, energia elettrica. Sono inoltre costituite da pompe che possono essere alternativamente usate anche come turbine per conferire agli alternatori la necessaria forza motrice. Si tratta di apparecchiature elettromeccaniche, spesso usate negli impianti idroelettrici chiamati di accumulo in quanto atti sia ad utilizzare il salto idrico esistente tra due bacini idrici per produrre energia elettrica e sia sfruttare i cascami di energia per risollevare acqua dal bacino inferiore a quello superiore.
Nel caso in esame i risultati cercati vengono ottenuti, come illustrato schematicamente nel profilo longitudinale allegato, suddividendo l’asta del canale in tanti tronchi ed inserendo nel punto di inizio di ciascuno di essi un impianto di sollevamento/produzione elettrica. Tra i tipi opere che si ritiene siano particolarmente adatte si cita lo sbarramento schematicamente illustrato nella planimetria allegata e che comprende un modesto bacino di monte per la immissione delle acque con suddivisione in due semibacini atti a consentire la messa fuori servizio alternativa per eventuali lavori di manutenzione ed un secondo bacino di valle per la restituzione nel canale emissario dei volumi idrici sia in caso di sollevamento sia nel caso di sfruttamento ai fini idroelettrici con le macchine idrauliche reversibili. Tra i due bacini trova posto la barriera contenente al suo interno le macchine idrauliche citate la cui potenzialità e numero di elementi tra di loro uguali devono essere definiti in funzione rispettivamente della portata in gioco e della sua escursione massima. Ciascuna macchina è inserita in apposita condotta forzata munita a monte di gargami per la posa di panconcelli di intercettazione del flusso idrico ed a valle di valvola a farfalla servocomandata e che svolge il doppio ruolo di valvola di ritegno durante il normale esercizio e di intercettazione totale del flusso di valle nel caso di necessità di svuotamento dell’intera condotta e della macchina idraulica. Un limite invalicabile alla applicabilità del sistema quì proposto è dato dalla portata totale da addurre a mare la quale, ovviamente, non può superare la potenzialità massima delle pompe che, sia pur costituite da una nutrita serie di macchine funzionanti in parallelo, non può confrontarsi con quella addotta dai grandi canali in tempo di piena. Gli interventi si riferiscono pertanto a canali di modesta entità.

 

 

Come già citato si distinguono due distinte fasi rispettivamente di pompaggio e di produzione idroelettrica. Quella principale che interessa contemporaneamente tutte le barriere consiste nel sollevare la portata in arrivo da monte al fine di aumentare notevolmente le possibilità di evacuazione del canale e quindi fronteggiare anche gli eventi di piena eccezionale. In tal caso le pompe, funzionando in parallelo con le altre, consentono, a parità di prevalenza totale, di adeguare la portata sollevata alle necessità contingenti. In dettaglio i due tronchi di canale posti rispettivamente a monte e a valle di ogni barriera svolgono una duplice azione di richiamo del flusso d’acqua dovuta all’abbassamento operato verso monte dall’aspirazione delle pompe e al corrispondente innalzamento verso valle ad opera della mandata, azione che conferisce al pelo libero la pendenza necessaria per il trasporto della massa liquida con i maggiori valori di portata di cui si è detto. In pratica il pelo libero del corso d’acqua viene modificato assumendo un andamento “a denti di sega” cui corrispondono, lungo il canale, sezioni liquide diverse man mano che se ne percorre l’asta: maggiori in prossimità della barriera e sempre più piccole scendendo verso valle. Opportune verifiche del funzionamento idraulico con un regime vario come quello descritto accerteranno se il canale potrà, senza modifiche sostanziali delle sezioni d’alveo, convogliare a mare le previste portate. Qualora ciò non trovasse conferma si dovrebbe, in fase di costruzione della barriera, correggere per quanto possibile l’alveo del canale in modo da adeguarlo al nuovo profilo a dente di sega. Ciò potrebbe aver luogo con due distinti interventi tesi, il primo a sopraelevare gli argini nel tratti immediatamente a valle della barriera ed il secondo ad allargare la sezione in quello finale in modo da ottenere una superficie utile grosso modo costante per tutta l’estensione del canale durante la fase di pompaggio. Tale risultato potrà essere raggiunto, sia pur in maniera molto approssimativa, con una sopraelevazione degli argini sempre minore man mano che ci si sposta verso valle per cessare del tutto in un punto situato circa a metà della distanza intercorrente tra due barriere successive. Da tale punto ha inizio il citato allargamento degli argini che dovrebbe essere sempre più ampio man mano che ci si avvicina alla fine del tronco. Ovviamente la situazione idrica risulta totalmente diversa durante la seconda fase di utilizzazione delle opere per produzione di energia verificandosi allora un regime di rigurgito con sezioni liquide notevolmente diversificate ed inoltre con una costante azione di deposito di limi e sabbie fini da tenere costantemente sotto controllo provvedendo, se necessario, allo smaltimento forzato.
E’ da mettere in rilievo una caratteristica di gran parte dei canali di pianura molti dei quali possiedono una notevole altezza d’alveo che durante il corso dell’anno che è normalmente utilizzata per la sola canaletta di fondo essendo la rimanente porzione riservata esclusivamente alle portate eccezionali che si verificano in occasione di eventi piovosi eccezionalmente intensi. In tali evenienze, che rappresentano la quasi normalità durante l’intera annata, nel mentre il canale e le opere di sbarramento e sollevamento prima descritte rimangono generalmente aperte ma inattive e quindi non provocano alcuna azione sul transito d’acqua, si utilizza soltanto l’ultima barriera prossima allo sbocco a mare per tenere rincollata l’acqua e costituire quindi il salto idraulico necessario per produrre, con una o più delle sue turbine a seconda della portata in arrivo da monte, tutta l’energia elettrica che i volumi idrici in transito sono in grado di dare. Da rilevare come a monte della barriera venga a costituirsi un bacino di notevole capacità che svolge una utile azione di stabilizzazione del carico e della portata utilizzata dalle turbine. Da rilevare inoltre come, nel caso di canali con pendenza naturale più elevata, sia possibile realizzare, con la utilizzazione alternativa di altre barriere, ulteriori salti idrici simili a quello descritto e quindi aumentare notevolmente la produzione di energia elettrica.
Nei profili schematici allegati sono riportati i diversi regimi di funzionamento del canale nello stato originario ed in quello modificato con l’inserimento della barriera di sollevamento ed infine con l’utilizzazione della barriera per produzione di energia elettrica.

 

 

 

 

Nelle figure è indicata anche la sezione schematica della barriera utilizzata per il pompaggio. Da notare la condotta forzata con la macchina idraulica a bulbo, lo sgrigliatore automatico delle griglie poste all’imbocco munito di nastro trasportatore per l’evacuazione del materiale raccolto, i panconcelli anteriori atti alla chiusura della condotta forzata per eventuale manutenzione ed infine la valvola a farfalla posta allo sbocco.
In figura è rappresentata anche la paratoia di scarico atta a consentire la messa fuori servizio dell’intero impianto con deviazione laterale del flusso idrico.

 

 

4 CONCLUSIONI


Si sono descritte alcune opere da inserire nei canali di pianura di modesta grandezza per ottenere il duplice scopo di un notevole aumento di portata atto a far fronte alle eccezionali portate da addurre durante le piene e nello stesso tempo di poter utilizzare l’acqua fluente nella gran parte delle giornate dell’anno tipo per produrre energia elettrica. Tale risultato viene ottenuto con la costruzione lungo il corso del canale di barriere aventi al loro interno delle particolari macchine idrauliche reversibili a bulbo atte sia al sollevamento delle portate di piena e sia alla produzione di energia elettrica.