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 paratotia di scarico
atta a consentire la messa fuori servizio dell'intero impianto
con deviazione laterale del flusso idrico.
3) 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.