caratteristiche4In letteratura esistono molti metodi per stimare le portate di piena di un corso d’acqua: metodi empirici, metodi fisicamente basati di tipo sintetico, metodi fisicamente basati di tipo complesso.

In tale sede, escludenso i primi, in quanto ad uso locale, e quindi ad uso limitato nello spazio, e gli ultimi, in quanto complessi e per usi più specifici, intendo scrivere dei metodi sintetici, molto utilizzati nei casi di opere e di corsi d’acqua di modesta entità. Tra questi, tratterò in modo specifico del metodo del Curve Number (CN) del Soil Conservetion Service (U.S.A.).

Il modello di corrivazione, il più vecchio dei tre elencati, si basa sull’assunto che il deflusso venga generato dalla sola funzione di trasferimento, mentre il coefficiente di deflusso tiene conto delle perdite di bacino e che il valore massimo della portata di piena si abbia in corrispondenza del tempo di corrivazione del bacino.

Il modello dell’invaso lineare è più recente e schematizza il sistema come un serbatoio che funziona in sincrono. Esso mette l’accento sulla funzione d’invaso. Anche in questo caso con il coefficiente di deflusso tiene conto delle perdite di bacino.

Il modello del S.C.S. (Soil Conservation Service – National Engineering Handbook, section 4, Hydrology, U.S. Department of Agriculture, Washington D.C., U.S.A) si basa sul principio di linearità tra volume defluente, pioggia totale e volume invasato. Tale metodo ampiamente utilizzato negli Stati Uniti è utilizzato anche in Europa e citato dal P.A.I. (Piano d’assetto idrologico del fiume Po), come metodo consigliato.

Tale metodo non solo consente di stimare le portate di piena associate all’evento meteorico critico ma, in generale, di stimare le portate defluenti al colmo in un corso d’acqua a seguito di un generico evento meteorico. Esso può essere pertanto tarato in modo molto preciso con qualsiasi evento meteorico noto.

Il metodo del S.C.S. parte dall’assunto di linearità tra deflusso diretto o pioggia efficace (V), pioggia netta (Pn) e volume invasato nel suolo (W) e viene sintetizzato dalla seguente relazione in cui (S) è un parametro che caratterizza il bacino.

SCS_1

Introducendo il concetto di perdite iniziali (Ia) il deflusso diretto può essere scritto come segue (in cui P è la pioggia lorda):

SCS_2

dove, il Soil Conservation Service, propone:

SCS_3

Da simulazioni e tarature fatte il parametro Ia risulta particolarmente delicato per una buona taratura del metodo. In generale Ia è compreso tra 0 e 0,2 S.

L’Autorità dei Bacini Regionali Romagnoli, nel proprio Piano stralcio per il rischio idrogeologico, propone, in mancanza di informazioni sperimentali cui appoggiarsi per un riscontro, di assumere cautelativamente Ia= 5 mm (o valori a questo comparabili).

La stima del parametro (S) viene fatta a partire dal Runoff Curve Number (CN), parametro caratterizzante il bacino:

SCS_4

Per la determinazione del Runoff Curve Number ci si basa su tabelle che ne stimano il valore in funzione del tipo di terreno, dell’uso del suolo e del grado di umidità iniziale. Individuati tali parametri il Curve Numeber è individuato in modo univoco.
Il metodo fa riferimento a tre livelli di umidità: condizioni di umidità bassa (AMCI), media (AMCII) ed alta (AMCIII) e a quattro tipi di suolo: con scarsa potenzialità di deflusso (A), con moderata potenzialità di deflusso (B), con potenzialità di deflusso moderatamente alta (C) e con potenzialità di deflusso molto elevata (D).

Per calcolare la portata di piena (Q), sono disponibili diversi modelli matematici. Tra i più semplici vi è l’idrogramma unitario sintetico di forma triangolare con il picco localizzato al 37,5% dell’evento di piena. Tale schematizzazione consente d’introdurre un’equazione particolarmente semplice, utile per il calcolo di bacini di piccole dimensioni, bacini per cui non avrebbe senso introdurre sistemi di calcolo più complessi. Dato un generico evento meteorico di durata tem, e nota l’area (A) del bacino, la portata al colmo si calcola pertanto:

 

SCS_5

Il tempo di crescita dell’onda (tp) viene calcolato nel seguente modo:

 

SCS_6

dove tem è la durata dell’evento meteorico e tlag è il “lag time”, il tempo di ritardo, che il S.C.S. propone di calcolare con la formula di Mokus, in cui (L) è la lunghezza dell’asta principale del bacino prolungata sino allo spartiacque e (i) è la pendenza media del bacino.

 

SCS_7

Alcuni autori propongono di adottare come evento meteorico critico quello di durata pari al tempo di corrivazione del bacino come ipotizzato nel metodo razionale.

Lo scrivente ritiene più interessante adottare un criterio estremale, basato sulla determinazione dell’evento meteorico che provoca la maggiore portata al colmo tra tutti quelli compatibili con le caratteristiche pluviometriche, fisiche e morfologiche del bacino, pertanto:

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