In figura è mostrata una sezione trasversale di un corso d’acqua in un alveo naturale. Un alveo è un impluvio, cioè la parte più bassa in sezione di un profilo topografico che raccoglie l’acqua. In alcuni casi parliamo di canale, in questo caso si tratta di una forma artificiale, sagomato, a trapezio.
h, A(h), B(h) e P(h) rappresentano rispettivamente l’altezza della superficie idrica rispetto al fondo dell’alveo (tirante idrico), l’area, la larghezza in superficie ed il contorno bagnato della sezione trasversale. Il simbolo R(h) definisce invece il raggio idraulico, pari al rapporto tra A(h) e P(h) per un determinato tirante idrico h.
Con riferimento invece al profilo longitudinale di un corso d’acqua, si indicano in genere con i, if e J rispettivamente la pendenza del pelo libero, la pendenza del fondo alveo e la pendenza della linea dei carichi totali o dell’energia (cadente idraulica).
Il deflusso di una corrente idrica in un alveo fluviale avviene normalmente in condizioni di pressione atmosferica. Il fenomeno è teoricamente abbastanza noto, fatta eccezione per il fenomeno della turbolenza, ma può risultare geometricamente complesso e quindi non facile da descrivere con esattezza.
In generale, parlando di deflusso idrico nei tronchi dei corsi d’acqua, si parla di alveo nel caso di sezione fluviale di forma generica (alveo naturale), mentre si parla di canale nel caso di sezione di forma regolare (alveo cilindrico), inalterata per lunghi tratti, che quasi sempre è di natura antropica (canale artificiale).
Nell’idraulica fluviale, se l’alveo è molto largo si fa spesso l’utile approssimazione di sostituire alla sezione effettiva un rettangolo con la base molto più ampia dell’altezza, trascurando così l’influenza delle sponde sul deflusso idrico. È per questo che in molte trattazioni idrauliche si parla di deflusso per metro lineare di larghezza (come si vedrà, ad esempio, nel caso del trasporto solido fluviale).
Mentre in idraulica si parla di acqua chiusa in dei tubi e quindi in pressione, a noi interessa appunto l’acqua in condizioni atmosferiche (P=1atm).
Il fiume ha un grado di libertà enorme, dove la superficie è detto pelo libero, può salire o scendere. Il nostro problema è infatti dove arriva l’acqua?
Il nostro interessa è capire se l’acqua sta nel fiume oppure esonda. Quello che conosciamo è la portata e questa portata ci sta nel fiume oppure esonda?
Parliamo di corrente idriche fluviali in condizioni atmosferiche. In sezione trasversale avremo:
A = area occupata dall’acqua
C = contorno o perimetro bagnato dall’acqua
B = larghezza o base che dipende da quant’acqua c’è
h = altezza che dipende da quant’acqua c’è
In sezione longitudinale:
Fissato un’orizzontale di riferimento, z0 che può essere il livello del mare ad esempio, se la linea blu è il pelo libero dell’acqua con h indichiamo l’altezza d’acqua (height in inglese) variabile nella sezione reale o in un alveo dal punto più basso detto thalweg (tedesco: cammino della valle) e il pelo libero. Da ricordare che z è una quota mentre h è una misura, un’altezza o un segmento. Conoscere il punto più basso dell’alveo fluviale o thalweg è importante nei fiumi navigabili.
L’altezza idrica h è detto anche tirante e si misura in metri. L’altezza cinetica va dal pelo libero fino alla linea tratteggiata sopra ed è definita come V2/2g dove V è la velocità e g l’accelerazione di gravità [(𝑚𝑠)2 / 𝑚𝑠2 = metri]. Maggiore è V maggiore è l’altezza cinetica. L’acqua per il solo fatto di scorrere ha un’energia.
La linea blu è la piezometrica mentre la linea tratteggiate è la linea dei carichi totali. Mentre h può essere definita l’energia potenziale dell’acqua perché 2 metri d’acqua ad esempio possono compiere un lavoro, girare una turbina se incanalata; V2/2g è un’energia cinetica o energia dell’acqua dinamica per il fatto che si muove. In figura c’è una pendenza, quindi l’acqua corre e correndo aumenta la sua energia; h è già in sé un’energia: se cadono 5 metri d’acqua possono fare dei danni (energia potenziale).
La linea marrone in basso è la pendenza del fondo ed è indicata con if, sarebbe la tangente dell’angolo mostrato in figura. La pendenza del corso d’acqua è indicata con i e sono due pendenze quasi sempre diverse. L’ultima pendenza in alto è la pendenza dei carichi totali, la pendenza dell’energia totale dell’acqua, e si indica con J.
Nessun commento:
Posta un commento