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Evento SE.DRI.PORT 2018 - La modellistica per la gestione e la protezione dell’ambiente marino

LA MOVIMENTAZIONE DEI SEDIMENTI INDOTTA DAL TRAFFIC O NAVALE – CASI DI STUDIO NEI PORTI ITALIANI

ANDREA PEDRONCINI 1

1 DHI S.r.l., Via Bombrini 11/12, 16149 Genova, Italy

e-mail: [email protected]

ABSTRACT

Il tema della messa in sospensione dei sedimenti ad opera delle navi (per effetto delle tensioni esercitate sul fondale dalla scia viscosa e dalle eliche di manovra) e delle eliche dei rimorchiatori, risulta oggi di primario interesse sotto un duplice aspetto:

• ambientale (la concentrazione di sedimento sospeso in ambito portuale indotta dal passaggio di navi e rimorchiatori è localmente paragonabile a quella associata a interventi di dragaggio);

• gestionale: la conoscenza di come si muovono i sedimenti all’interno di un porto anche e soprattutto per effetto del traffico navale permette una gestione più consapevole dei dragaggi manutentivi all’interno del bacino.

La modellistica matematica costituisce oggi un valido supporto, anche in modalità operativa e previsionale, nella quantificazione degli effetti del traffico navale sulla movimentazione dei sedimenti costituenti il fondale.

Key words : modellazione numerica, movimentazione sedimenti, traffico navale, effetti ambientali, supporto alla gestione dei porti.

1. INTRODUZIONE

Il passaggio delle navi nei canali di accesso ai porti e nelle aree di manovra e ormeggio, con particolare riferimento all’impiego delle eliche di propulsione e manovra, è frequentemente in grado di determinare sollecitazioni sul fondale tali da indurre la potenziale messa in sospensione del sedimento, che può essere trasportato ad una certa distanza prima di depositarsi, anche per effetto delle correnti (intensità, direzione) in quel momento presenti nel bacino e nell’area limitrofa. Il continuo passaggio delle navi può pertanto determinare una non trascurabile movimentazione dei sedimenti, che può indurre significativi incrementi della torbidità nella colonna d’acqua, che in determinate condizioni meteomarine possono interessare non solo il bacino portuale ma anche lo specchio acqueo posto in prossimità dell’imboccatura. Inoltre, se nel porto sono presenti sedimenti contaminati, la mobilizzazione del sedimento porta con sé la mobilizzazione delle sostanze inquinanti, con conseguente incremento della concentrazione di tali sostanze nella colonna d’acqua. Infine, la movimentazione del sedimento in un bacino


portuale, nel tempo, può portare a un’evoluzione non trascurabile del fondale, con possibili conseguenze sulla necessità di dragaggi manutentivi per garantire la piena efficienza ed operatività dello scalo.

2. APPROCCIO METODOLOGICO

La tematica della movimentazione dei sedimenti risulta di primario interesse in ambito portuale, anche alla luce del riordino della legislazione italiana in materia di gestione dei sedimenti marini (D.M. 172/2016 e D.M. 173/2016, che contengono nuovi regolamenti rispettivamente per i dragaggi nei Siti di Interesse Nazionale e per l’ottenimento dell’autorizzazione all’immersione in mare dei materiali di escavo di fondali marini) e della recente pubblicazione ISPRA “Lisi I., Feola A., Bruschi A., Di Risio M., Pedroncini A., Pasquali D., Romano E. (2017). La modellistica matematica nella valutazione degli aspetti fisici legati alla movimentazione dei sedimenti in aree marino-costiere. Manuali e Linee Guida ISPRA, 169/2017, pp.144.” che mette a sistema le informazioni provenienti dalla raccolta di studi di settore al fine di disporre di un quadro il più possibile completo e organico cui gli operatori e gli enti territorialmente competenti possano riferirsi per la scelta e l’impostazione degli studi modellistici.

Questa memoria illustra sinteticamente l’approccio metodologico adottato da DHI nell’ambito di alcuni casi di studio che riguardano la movimentazione dei sedimenti indotta dal traffico navale in alcuni porti italiani. Nei primi due casi (Taranto, Trieste) i modelli hanno supportato il processo di Valutazione di Impatto Ambientale di importanti infrastrutture in progetto all’interno dei due porti, mentre nel terzo caso (Bari) il modello è impiegato all’interno di una piattaforma più ampia (ISMAEL, predisposta da DBA Lab presso l’Autorità di Sistema del Mare Adriatico Meridionale, nell’ambito dell’Operazione cofinanziata con il Fondo Europeo di Sviluppo Regionale Puglia POR Puglia 2014 - 2020) e costituisce un vero e proprio sistema di previsione della torbidità interna al bacino portuale in relazione al traffico navale pianificato per i giorni successivi.

L’approccio adottato nei tre casi di studio presenta alcune variazioni specifiche per il singolo porto ma lo schema riportato di seguito può essere considerato una base comune:

• acquisizione e processamento dei dati di traffico navale. Si procede all’analisi del traffico navale suddividendo le navi in ingresso/uscita dal porto per classi dimensionali omogenee, per le quali sono calcolate le frequenze complessive di passaggio in un anno rappresentativo. Sulla base dei dati acquisiti, opportunamente integrati con le previsioni future, sono identificati i principali percorsi di transito delle navi e le velocità più probabili di percorrenza nei vari tratti del percorso stesso.


Figura 1: Esempio di percorsi di manovra delle navi in accosto alle banchine del porto di Trieste, comprensivi della presenza di rimorchiatori.

• calcolo del campo di moto indotto dal passaggio delle navi e quantificazione del sedimento messo in sospensione. Sulla base delle caratteristiche delle navi selezionate come rappresentative del traffico in ingresso / uscira, mediante l’impiego di modellazione CFD o adottando approcci semplificati si procede al calcolo del campo di moto indotto dalle eliche dei mezzi navali e, successivamente, alla quantificazione del sedimento messo in sospensione. Tale grandezza dipende dal rapporto tra le tensioni al fondo indotte dal passaggio delle navi (shear stress) ed il valore critico di shear stress al di sopra del quale si innesca il processo erosivo, funzione delle caratteristiche del fondale (composizione granulometria, grado di consolidamento).

Figura 2: Esempio di distribuzione della velocità di corrente al fondo indotta dal passaggio di una nave di grandi dimensioni alla velocità di 5 nodi.

• predisposizione del modello di circolazione. La caratterizzazione del regime idrodinamico a cui è soggetto il porto risulta propedeutica per la successiva analisi della dispersione del sedimento messo in sospensione dalle navi. A seconda dei casi è adottato un approccio con modellazione tridimensionale o bidimensionale di corrente, attraverso l’impiego del modulo MIKE 21/3 HD FM di DHI, che permette di ricostruire la circolazione locale all’interno del porto e nelle aree limitrofe. Nel caso di approccio tridimensionale il modello, locale e ad alta risoluzione, può prendere come condizioni al contorno i dati di un modello a più larga scala, quale quello sviluppato e manutenuto nell’ambito del Servizio Europeo CMEMS


(Copernicus Marine Environment Monitoring Service). Le variabili, simulate per un intero anno o a scenari, fanno in genere riferimento a livelli del mare, velocità di corrente, temperatura e salinità.

Figura 3: Esempio di circolazione superficiale all’interno del Mar Grande (Taranto).

• predisposizione del modello di trasporto e deposizione del sedimento messo in sospensione dal passaggio delle navi. Si utilizza allo scopo il modulo MIKE 3 MT FM di DHI. Il rilascio di sedimento non è continuo nel corso della simulazione ma viene introdotto nel modello soltanto in corrispondenza dell’effettivo passaggio dei mezzi navali. Il sedimento, tuttavia, può rimanere in sospensione nella colonna d’acqua anche tra passaggi consecutivi di mezzi navali, in funzione della sua velocità di sedimentazione e del regime di correnti locale.

Figura 4: Esempio di distribuzione della concentrazione di sedimento sospeso indotta dall’azione delle eliche dei rimorchiatori.


3. CONCLUSIONI

Il continuo passaggio delle navi e dei rimorchiatori in ambito portuale determina una non trascurabile movimentazione dei sedimenti costituenti il fondale, in grado di indurre significativi incrementi della torbidità nella colonna d’acqua. Il sedimento, una volta messo in sospensione per effetto principalmente delle eliche di propulsione e manovra, può successivamente migrare, per effetto della circolazione locale, al di fuori del bacino portuale o raggiungere aree sensibili all’interno dello stesso, con potenziali effetti ambientali. La successiva deposizione del sedimento all’interno del porto, inoltre, è in grado di modificare progressivamente le quote del fondale, con potenziale necessità di frequente livellamento di quest’ultimo.

La modellistica numerica costituisce un valido supporto nella previsione degli aspetti ambientali e gestionali associati alla movimentazione dei sedimenti ad opera del traffico navale. I casi di studio illustrati mostrano come sia possibile, attraverso l’adozione di approcci metodologici a diverso livello di dettaglio e beneficiando dei dati di monitoraggio, costruire una vera e propria piattaforma di gestione dei sedimenti in ambito portuale, con benefici per le Autorità di Sistema Portuale, per le Autorità Ambientali e per gli operatori economici coinvolti a vario titolo nelle operazioni di movimentazione del sedimento.


REFERENCES

1. Hamill, G.A. and Johnston, H.T., 1989: ‘Estimating the velocities in a ship propeller wash’. PIANC Bulletin No. 89-46.

2. DHI per conto di URS Italia (2012) ‘Realizzazione di un modello 3D di dispersione dei sedimenti nel Mar Grande (Taranto)’.

3. DHI per conto di URS Italia (2013) ‘Realizzazione di un modello 3D di dispersione dei sedimenti nella Baia di Muggia (Trieste)’.

4. Progetto ISMAEL, DBA Lab. Operazione cofinanziata con il Fondo Europeo di Sviluppo

Regionale Puglia POR Puglia 2014 - 2020.

5. Lisi I., Feola A., Bruschi A., Di Risio M., Pedroncini A., Pasquali D., Romano E. (2017) ‘La modellistica matematica nella valutazione degli aspetti fisici legati alla movimentazione dei sedimenti in aree marino-costiere’. Manuali e Linee Guida ISPRA, 169/2017, pp.144.”

6. DHI, 2017a. MIKE 21 & MIKE 3 Flow Model FM, Hydrodynamic and Transport Module – Scientific documentation. Release 2017. pp. 2.

7. DHI, 2017b. MIKE 3 Flow Model – Mud Transport Module – User guide. Release 2017. pp. 35.

8. www.MarineTraffic.com.

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