Ragione sociale

Hydroplus Company

Settore

Idraulica e risorse Idriche

Riferimento

Avenue Jules Quentin 57, 92003 Nanterre, France ; Piazza Leonardo da Vinci 32, 20133 Milano, Italia

Sito web

www.hydroplus.com

Attività

Hydroplus Company, filiale del gruppo Vinci con sede a Parigi, è depositaria della tecnologia Fusegate, brevettata nel 1989 da F.Lemperiere. Questa innovativa tecnologia è applicata nell'ambito della gestione delle risorse idriche e della difesa del suolo, offrendo un'alternativa a basso impatto ambientale alle tradizionali paratoie elettro-meccaniche. L'utilizzo di risorse rinnovabili, l'assenza di fonti energetiche esterne e il ricorso a materiali locali sono i punti di forza del suo principio di funzionamento. Le due applicazioni principali riguardano le dighe e la gestione d'emergenza dei corsi d'acqua durante le piene. L'applicazione alle dighe ha lo scopo di aumentare il volume invasabile (quindi la risorsa disponibile a fini idropotabili, irrigui ed energetici), e nello stesso tempo la sicurezza dello sbarramento (aumentando la capacità di sfioro dello sfioratore di superficie) e la sua capacità di difesa degli abitati di valle dal rischio alluvionale. L'applicazione "flood management" migliora il controllo delle piene fluviali, minimizzando le aree di territorio destinate all'asservimento idraulico, e diminuendo la frequenza con cui le aree di espansione vengono allagate, con indubbi vantaggi di fruizione in termini ecologici, agricoli e ricreativi. La tecnologia Fusegate è consolidata e operativa in 38 dighe nel mondo, mentre l'applicazione fluviale è frutto di una cooperazione triennale con il Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Ambientale e del Rivelamento del Politecnico di Milano.

Certificazioni candidato

Nessuna

Controllo gestione

Nessuna

Certificazioni prodotto

Nessuna

Titolo dell'innovazione

RIVER FUSEGATE

Presentazione dell'innovazione

L'innovazione proposta si colloca nel contesto della gestione integrata delle piene fluviali. Le conseguenze sull'ambiente e sulla popolazione locale delle inondazioni fluviali sono tali che la gestione delle piene costituisce spesso un importante e strategico interesse politico. Le somme allocate dalle autoritá pubbliche per evitare gli effetti dello straripamento dei fiumi si quantificano ogni anno in miliardi di euro a scala europea. Solo i danni dell'alluvione piemontese del 2000 ammontano, per esempio, a 4,5 miliardi di euro. In questi ultimi anni le Autorità di bacino italine si stanno adoperando al fine di pianificare la protezione idraulica dei bacini idrografici del nostro paese. Nello stesso tempo, tali misure vengono integrate con gli strumenti della protezione civile. Dopo aver privilegiato il « controllo delle piene » con interventi strutturali, le linee di ricerca sono orientate ormai verso la « gestione integrata delle piene » grazie alla creazione, lungo i corsi d'acqua, di casse di espansione temporanea e la loro gestione nel quadro dei sistemi di allarme e le misure di protezione civile. La loro funzione è quella di trattenere temporaneamente una quota parte dell'onda di piena, attuandone la ripidità e, quindi, i suoi effetti sugli abitati di valle. Il loro dimensionamento viene condotto a partire dalla capacità effettiva degli argini vallivi a contenere il transito della piena senza dar luogo a esondazioni. L'efficienza e l'efficacia di questi manufatti è governata in modo rilevante dalla tipologia degli organi di alimentazione (in quanto gli organi di scarico hanno solo conseguenze nello svuotamento della cassa dopo l'evento di piena e, quindi, non sono di importanza cruciale). La tecnologia adottata per gli organi di alimentazione delle casse diventa un punto critico tanto minore è l'estensione del bacino idrografico. Per gli affluenti del fiume Arno, come in molti altri corsi d'acqua italiani, i tempi di risposta del sistema idrologico alle sollecitazioni dei nubifragi sono assai modesti, dell'ordine delle ore. Risulta quindi essenziale un corretto innesco del sistema di laminazione ai fini della sua efficacia. In questi casi l'uso di paratoie automatiche regolate da organi elettromeccanici, sebbene possa garantire un elevata efficienza di laminazione, presenta sia problemi di affidabilità sia limiti dal punto di vista di inserimento ambientale. I limiti di affidabilità sono legati alla sicurezza dell'innesco che avviene, di norma, soltanto ogni 20 o 30 anni. Organi meccanici sono quindi suscettibili di malfunzionamento quando sollecitati con tale rarità. Inoltre, la presenza di eventuali materiali flottanti, che spesso si accompagnano alle piene nei corsi d'acqua, può provocare malfunzionamenti altamente pericilosi. Sotto l'aspetto ambientale, l'inserimento paesaggistico di queste strutture è spesso problematico e crea una cesura nell'ecosistema fluviale. Infine, in costo di investimento iniziale è assai cospicuo, ma soprattutto va previsto un elevato onere di manutenzione. Dall'esperienza degli sfioratori delle dighe, è provato come il rischio di malfunzionamento di questo tipo di paratoie si manifesti soprattutto in condizioni critiche (nubifragio, black-out, elevato carico di sedimenti e di materiale flottante trasportato dall'acqua, etc..). Per contro, queste sono proprio le condizioni in cui l'efficacia del funzionamento deve essere garantita per la salvaguardia del territorio. D'altra parte i classici sfioratori a soglia fissa, che garantiscono una perfetta affidabilità in quanto strutture statiche, garantiscono una bassa efficienza di laminazione. La frequenza di allagamento di una cassa è quindi molto alta, e così il volume da invasare. Nella gestione delle piene non si puo' generalmente consentire che tutte le aree destinate a laminazione siano inondate ogni anno o più volte l'anno, sia per i danni ambientali diretti e indiretti, sia per i modesti risultati di laminazione. Un dispositivo che unisca l'affidabilitá e l'economicitá di uno sfioratore laterale a soglia libera con l'efficienza di una soglia dotata di paratoie automatiche è quindi di grande interesse pratico. L'attuale ricerca idraulica e ambientale mira dunque allo sviluppo di nuove tecnologie di sfioratori aventi un'affidabile regolazione, solo governata dalle forze di gravità e di pressione e, quindi, indipendenti da fonti energetiche esterne. Inoltre, l'innesco automatico rende il sistema meno vulnerabile agli errori umani di esercizio. Per ottenere questi obiettivi, sono stati necessari tre anni di collaborazione con il DIIAR del Politecnico di Milano. Su questo progetto sono state sviluppate tesi di laurea, con lo sviluppo di modelli fisici e numerici, i cui risultati sono pubbilcati in 4 articoli su riviste scentifiche internazionali.

Progettista

Prof. Ing. Renzo Rosso, Ing. Sylvain Chevalier, Ing. Maria Cristina Rulli, Ing. Mauro Beretta

Innovazione di

prodotto

Descrizione dell'innovazione

L'obbiettivo dell'innovazione è quello di fornire una alternativa, eco-compatibile ed efficiente, nell'ambito della gestione del territorio e della protezione civile dalle piene fluviali. L'assenza di consumi energetici, la semplicità e l'affidabilità del principio di funzionamento, l'alto livello di studio scientifico e di engineering che hanno portato alla sua concezione e progettazione sono i punti di forza di questo dispositivo. La tecnologia Hydroplus Fusegate, gia' largamente utilizzata per gli organi di scarico delle dighe, viene trasferita e riadattata al controllo della piene, in particolare viene sviluppato il potenziale dell'applicazione per l'alimentazione delle casse di espansione in derivazione. Quest'ultime sono moduli di argini artificiali, essenzialmente costituiti da una scheletro di cemento armato ricoperta da terreno di riporto che viene inerbito e fissato con geogriglie alla struttura stessa. Per ognuno dei moduli, l'equilibrio alla rotazione è governato dal peso proprio, dalla pressione dell'acqua e dalla sottospinta che si genera nella sottostante camera di pressione. Essi vengono semplicemente appoggiati sullo sfioratore a soglia fissa, formando un innalzamento dell'argine a tenuta che aumenta il tempo di ritorno di allagamento della cassa. In occasione di piene moderate, il livello idrico nell'alveo supera in modo non rilevante la quota dei fusegate, permettendo alla corrente di sfiorare al di sopra di essi. Quando la portata raggiunge il valore critico di progetto, valutato sulla base di un fissato tempo di ritorno, i fusegate "fondono" progressivamente, rendendo così possibile la riduzione della portata al valore massimo consentito a valle. La "fusione" del singolo elemento avviene mediante rotazione dello stesso attorno ad un perno posto a ridosso dell'appoggio lato cassa di espansione, sotto la duplice azione ribaltante dell'acqua. Lo smaltimento della portata in eccesso è reso possibile dalla presenza di pozzi che collegano l'alveo con la "camera in pressione" del singolo fusegate, ricavata all'interno della sua base di appoggio. L'elevazione del pozzo è legata all'altezza di fusione voluta, pertanto, quando il livello idrico nell'alveo raggiunge il livello di fusione previsto, la camera di pressione si riempie di acqua tramite il pozzo. Il fusegate è dimensionato in modo che la forza supplementare dovuta alla pressione dell'acqua alla base del fusegate sposti l'equilibrio dalla zona di stabilità a quella di instabilità, determinando il ribaltamento dell'elemento. Ogni fusegate ha un diverso settaggio del livello di fusione, consentendo un uso flessibile ed efficiente dell'intero sfioratore. Questo sviluppo del metodo Hydroplus porta a un'innovazione significativa sul piano tecnico e gestionale, con importanti vantaggi ambientali ed economici diretti e indiretti. L'innovazione consiste, da una parte, nell'utilizzo del metodo Hydroplus per la gestione delle piene dei grandi fiumi sulla base delle direttive dettate dalle amministrazioni di controllo, e dall'altra nello studiare la stabilitá strutturale, l'inserimento ambientale e il processo idraulico conseguente a questa applicazione. É stato dimostrato che, per una data piena, l'utilizzo del sistema Hydroplus permette di ridurre significativamente la taglia e la frequenza di utilizzazione della cassa di espansione. Questo porta a una diminuzione delle aree inondabili da vincolare e ad una migliore fruizione delle stesse come aree di interesse ecologico, agricolo, ricreativo. Nello stesso tempo, si ottengono importanti economie in materia di esproprio e/o indennizzo. Inoltre, si rende possibile l'applicazione della laminazione forzata anche a casi in cui questa non avrebbe apparentemente efficacia. Infine, dal punto di vista della realizzazione delle opere, la dimensione della soglia sfiorante puo essere ridotta. L'applicazione di questo innovativo sistema di sfioratore laterale per casse di espansione in derivazione comporta, a pari rapporto di laminazione, un notevole miglioramento dell'uso del volume a disposizione e un significativo aumento del suo tempo minimo di allagamento, senza ledere la sicurezza e l'affidabilità dell'intervento né, tanto meno, gravando sull'onere di manutenzione, aspetti cruciali nella valutazione dell'efficacia della funzione di protezione civile. Lo studio scentifico di concezione di questo innovativo prodotto è stato caratterizzato da tre fasi: una modellizzazione matematica, necessaria per il progetto e la verifica del dispositivo, ed una approfondita modellizzazione fisica, atta a sperimentare, tarare e validare l'approccio teorico. Modellizzazione matematica : processo idraulico L'approccio teorico al processo idraulico è di fondamentale importanza per la progettazione di uno sfioratore laterale dotato di Fusegates. L'analisi condotta ha permesso la realizzazione di un modello in grado di calcolare, in condizioni di moto vario, i livelli idrici nelle sezioni corrispondenti all'intera lunghezza dello sfioratore durante lo svolgersi del fenomeno di piena. Il programma permette inoltre il calcolo degli idrogrammi in uscita, dei corrispondenti volumi sfiorati nella cassa e dei parametri di efficienza dello sfioratore. L'elaborazione poggia su un metodo implicito alle differenze finite per la discretizzazione delle equazioni di De Saint Venant per correnti a pelo libero su una griglia spazio-temporale. Modellizzazione matematica : stabilità meccanica La modellazione della stabilità del singolo fusegate ha lo scopo di determinarne il dimensionamento. Ciò è ottenuto calcolando, per ogni livello idrico, le forze agenti su di esso, dovute sia al peso proprio che alle pressioni dell'acqua. Le principali forze coinvolte nella stabilità sono dovute al peso della vena fluida sulla cresta dell'elemento ed ai flussi idrici ai flussi in ingresso e in uscita dalla camera di pressione. Seguendo una filosofia progettuale volta a massimizzarne l'affidabilità, il modello inoltre calcola il comportamento del fusegate in condizioni critiche (pozzo bloccato, dreno di valle bloccato, massima pressione di monte con fusegate inclinato) simulando il comportamento statico in un vasto range di sicurezza. Modellizzazione sperimentale del processo idraulico Due test sperimentali sono stati realizzati nell'intento di riprodurre in scala ridotta l'attenuazione di un'onda di piena mediante sfioratore laterale dotato di Fusegates. Il dimensionamento dell'intero apparato è stato raggiunto in seguito ad un'attenta e accurata analisi, volta alla ricerca di una scala geometrica opportuna. Il fattore di riduzione per le lunghezze è risultato compatibile sia con le esigenze del test che con la necessità di costruire un modello fisico in similitudine di Froude, adatta nel caso in cui il moto del fluido si configuri come assolutamente turbolento sia nel prototipo che nel modello, rendendo trascurabile la viscosità dinamica dell'acqua. Le sperimentazioni si concentrano sia sul funzionamento del singolo elemento, sia sull'effetto di attenuazione dell'onda di piena. L'obiettivo del test consiste nell'analisi del comportamento idraulico di diverse configurazioni di sfioratore laterale, nell'ottica di definire un ventaglio di prestazioni ottimali in termini di efficienza. La campagna di simulazioni prevede diverse geometrie di soglie libere, diverse configurazioni progettuali dei pozzi e diverso ordine di salto degli elementi fusibili. Le misurazioni vengono rilevate mediante un sistema di acquisizione dati real-time in grado di registrare le altezze d'acqua nel canale e nei misuratori di portata grazie all'impiego di trasduttori di pressione. Un primo progetto, Dongfeng Lake, è recentemente realizzato in Cina sul fiume Huaihi. Sono in corso progetti, in studio preliminare, nei seguenti paesi: - Italia, nell'ambito del piano di bacino del fiume Arno. - Francia, nell'ambito della piano di valorizzazione naturalistica della valle della Loira. - Stati Uniti, nel piano di controllo delle piene del fiume Skagit, presso Seattle (Washington State).

Data della prima realizzazione

Progetto pilota: Dongfeng Lake, Cina.

Benefici ambientali

Valutazione dell'impatto dell'innovazione sul sistema

Vista l'ampiezza del problema alluvionale in Italia, l'innovazione dei River Fusegate può consentire un aumento della sicurezza idrologica a parità di investimento.

Altri attori sociali coinvolti per la promozione e lo sviluppo dell'innovazione

L'Autorità di Bacino del Fiume Arno è promotrice del progetto pilota nel bacino del fiume Ombrone, in provincia di Prato.

Politiche di comunicazione ambientale e sociale adottate

Il Politecnico di Milano ha storicamente svolto un'azione pionieristica nel settore delle scienze e delle tecnologie per l'ambiente, sviluppando un ampio e articolato spettro di ricerche atte a migliorare la conoscenza dell'ambiente naturale e antropizzato e a innovare le tecnologie di prevenzione, protezione, risanamento, pianificazione e gestione ambientale Hydroplus assicura la promozione del suo sistema attraverso una politica di comunicazione diversificata (articoli, congressi, conferenze.) e numerose cooperazioni internazionali (università, centri di ricerca). La partecipazioni a premi dell'innovazione internazionali, riguardo a temi di carattere ambientale e di sviluppo sostenibile, contribuisce ad una migliore diffusione delle possibilità offerte dal sistema.