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Le inondazioni di origine esterna sono degli eventi dai quali le centrali nucleari svizzere devono proteggersi. Per garantire questa protezione i gestori delle centrali nucleari hanno l’obbligo di verificare regolarmente il rischio in funzione dell’esperienza e dello stato della scienza e della tecnica. Se necessario, devono prendere delle misure per potenziare ulteriormente la sicurezza.
In Svizzera le inondazioni di origine esterna e le loro conseguenze sono da sempre l’oggetto di analisi della sicurezza. Nel corso del tempo sono state effettuate numerose verifiche delle ipotesi alla base delle inondazioni, per esempio nell’ambito di controlli periodici di sicurezza. Gli accertamenti più recenti sono stati effettuati nell’ambito della domanda di autorizzazione di massima per la costruzione di nuove centrali nucleari e delle disposizioni emanate in seguito all’incidente di Fukushima.
Conformemente all’ordinanza RS 732.112.2 (Ordinanza del DATEC sulle ipotesi di pericolo e la valutazione della protezione contro gli incidenti negli impianti nucleari) si deve tener conto
- della piena con un periodo di ritorno di 10 000 anni (si tratta del deflusso della piena naturale che si verifica in un dato sito con una frequenza superiore a 10-4 all’anno) e
- dell’eventuale cedimento di argini o di dighe in seguito all’effetto di un sisma o di una piena con un periodo di ritorno di 10 000 anni.
Il cedimento di argini e diga in seguito a un sisma viene considerato nelle analisi di sicurezza relative alle conseguenze di sismi.
Determinazione del deflusso
In Svizzera le inondazioni d’origine esterna possono prodursi in seguito a piene di origine naturale (pioggia, scioglimento delle nevi, ecc.) o a causa del mancato funzionamento di impianti di ingegneria idraulica (argini, dighe). Sono caratterizzate dalle masse d’acqua che scorrono in un determinato tempo in un determinato luogo – il cosiddetto deflusso o portata.
Piene naturali
L’obiettivo è di determinare il deflusso di una piena con un periodo di ritorno di 10 0000 anni oppure uno scenario che copre la piena con un periodo di ritorno di 10 000 anni. A questo scopo sono considerati accettabili gli approcci o le loro combinazioni seguenti:
I bacini idrografici di fiumi svizzeri, scenari delle precipitazioni: per i siti posti sulle rive di fiumi con vasti bacini idrografici, vengono elaborati scenari di precipitazioni con diversi punti prioritari regionali. Nessuno di questi scenari tiene conto di pluviometrie precise. Si basano piuttosto su delle riflessioni su quali bacini idrografici potrebbero essere più o meno colpiti da un evento concernente precipitazioni su un territorio molto esteso. Per gli affluenti più importanti, per esempio, si sono determinati periodi di ritorno supposti alla confluenza, per trarre delle conclusioni sulle piene con periodi di ritorno più elevati. Nella figura qui a lato è rappresentato il bacino idrografico dell’Aar, rilevante per il sito di Beznau. Gli affluenti più importanti della Reuss e della Limmat sono evidenziati a colori: è possibile costituire, per esempio, uno scenario ovest (Aar: piena con periodo di ritorno di 10’000 anni, Reuss: 10’000, Limmat: 1000 anni) e uno scenario Est (Aar: piena con un periodo di ritorno di 1’000 anni, Reuss: 10’000, Limmat: 10’000). (Fonte: Domanda di autorizzazione di massima per la costruzione della centrale sostitutiva di Beznau)
Modellizzazione idrologica: la modellizzazione idrologica di un bacino idrografico utilizzando un evento di pioggia blocco considerato coprente rappresenta un’altra possibilità. In questo caso coprente significa che la pioggia blocco deve corrispondere a una precipitazione il cui periodo di ritorno è chiaramente superiore a 10 000 anni. La durata di questa pioggia blocco deve essere selezionata in funzione delle caratteristiche del bacino idrografico. Ma a uno scenario di piena determinato in questo modo non si può attribuire però nessun periodo di ritorno. Si può soltanto affermare che la frequenza di ricorrenza sarà inferiore a 10-4 all’anno.
Mancato funzionamento di impianti di ingegneria idraulica
Per la sicurezza degli impianti di sbarramento è competente l’Ufficio federale dell’energia (UFE). Conformemente alla direttiva “Sicurezza degli impianti di sbarramento”, deve essere dimostrato che nel caso di una cosiddetta piena di sicurezza possa essere escluso un cedimento totale o parziale di argini o dighe. Quando il deflusso della piena con un periodo di ritorno di 10’000 anni da considerare per una centrale nucleare è inferiore a quello della piena di sicurezza di un impianto di sbarramento, un cedimento di questo impianto non deve essere definito come criterio. Si deve prendere in considerazione anche un eventuale cedimento di impianti di ingegneria idraulica (cedimento di argini/dighe) indipendentemente da sismi e piene.
Per determinare gli effetti di un cedimento del genere, si deve tenere principalmente conto degli sbarramenti e delle dighe che si trovano nel bacino idrografico del sito della centrale nucleare. Eventualmente si dovranno considerare anche gli sbarramenti che si trovano a valle oppure di quelli che si trovano a valle su affluenti. Come scenario detto di copertura, per dimostrare la capacità di far fronte a incidenti rilevanti è ipotizzato il cedimento improvviso (“istantaneo”) e completo dello sbarramento. Questa ipotesi copre la totalità dei casi perché in realtà, a seconda del tipo di sbarramento (diga, argine) e della sua costruzione, le masse d’acqua non saranno imperativamente liberate istantaneamente e nella loro totalità.
Determinazione dei livelli d’acqua
Il livello dell’acqua di piena, le velocità della corrente e le forze di trascinamento risultanti per il sito considerato sono calcolate ricorrendo a modelli di inondazione. Per verificare i modelli è possibile confrontare delle fotografie aeree di piene con i risultati corrispondenti di simulazione.
FGli aspetti seguenti possono avere un influsso importante sui risultati:
- Per le centrali idroelettriche, secondo le direttive del documento /1/ si deve considerare che le turbine non siano in funzionamento. Maggiori masse d’acqua devono quindi defluire attraverso le opere di scarico (scaricatori ecc.) che può eventualmente provocare una maggiore trattenuta.
- Materiale galleggiante e materiale detritico possono causare delle trattenute d’acqua (sezione del corso d’acqua ridotta in seguito all’accumulo di materiale galleggiante) in caso di ostacoli nella sezione del corso d’acqua. Questo provoca una ritenuta dell’acqua del fiume. Se l’ostruzione cede, può crearsi un’onda di piena, che si aggiunge alla piena stessa. Nel modello le ostruzioni delle dighe sono rappresentate in modo analogo a quanto previsto dagli ordinamenti per la sicurezza di impianti di sbarramento che considerano che le opere di scarico più performanti non siano disponibili. A seconda delle condizioni, si deve ipotizzare anche che opere di scarico supplementari (per esempio scarico di fondo) siano ostruite. Nel quadro del test di stress UE si deve considerare un’ostruzione completa come studio di sensitività.
- Il livello delle inondazioni che ne risulta può essere influenzato dal processo di erosione e di sedimentazione dei letti dei fiumi. Questi processi devono quindi essere l’oggetto di un’analisi particolare.
- In caso di forti piogge e piene c’è anche il rischio di smottamenti, che possono provocare delle onde di piena oppure ritenute con conseguenze per il sito della centrale nucleare. Le zone minacciate devono essere identificate e, nell’analisi di piena, si deve tenere conto di eventuali conseguenze.
Possibili conseguenze sugli impianti
Si devono esaminare in particolare le seguenti conseguenze sulle centrali:* Penetrazione dell’acqua nelle costruzioni (possibile anche in seguito a innalzamento della falda freatica) con relativa inondazione di equipaggiamenti tecnici importanti e critici per la sicurezza.
- Messa a secco (per es. cedimento dell’argine/diga a valle) oppure intasamento delle captazioni d’acqua,
- Perdita di stabilità delle costruzioni (spinta idrostatica, erosione), limitazione dell’accessibilità,
- Perdita dell’approvvigionamento esterno di corrente
- Pressione dinamica e urto di materiale galleggiante.
Provevdimenti dell’IFSN
Nell’ambito delle domande di autorizzazione di massima per nuove centrali nucleari (che nel frattempo sono state sospese), i richiedenti avevano effettuato delle nuove analisi sulle piene, da cui è risultato che, per le centrali nucleari di Beznau e Gösgen la minaccia relativa alle piene è probabilmente maggiore di quanto si fosse ipotizzato inizialmente. L’IFSN ha quindi richiesto dai gestori delle centrali nucleari che si effettuasse una nuova verifica della minaccia rappresentata dalle piene per le due centrali in questione. Nell’ambito di queste analisi è stata confermata la sicurezza degli impianti contro le piene, ma si sono anche già effettuati degli interventi migliorativi.
In seguito all’incidente di Fukushima, l’IFSN aveva chiesto nell’aprile del 2011 a tutti i gestori delle centrali nucleari svizzere di analizzare nuovamente il rischio costituito dalle piene. In particolare i gestori dovevano dimostrate di essere in grado di far fronte a una piena estrema che può verificarsi una volta ogni 10’000 anni. Con i relativi studi hanno potuto fornire la prova che tutte le centrali nucleari svizzere possono essere portate in uno stato sicuro e che i valori radiologici limite in vigore possono essere chiaramente rispettati da tutte le centrali – anche se contemporaneamente dovesse essere interrotta l’alimentazione esterna di corrente elettrica.
Entro il 31 marzo 2012 tutti i gestori delle centrali nucleari devono dimostrare che
- nel caso di un sisma che si verifica una volta ogni 10’000 anni possa essere escluso in modo deterministico un afflusso incontrollato di acqua dagli impianti di sbarramento che rappresentano potenzialmente un pericolo per le centrali nucleari, oppure che
- alla combinazione di sisma ed afflusso incontrollato d’acqua dagli impianti di sbarramento nella zona d’influenza delle centrali nucleari si possa far fronte in modo deterministico. In questo secondo caso si deve definire come criterio che si verifichi istantaneamente il cedimento completo degli impianti di sbarramento, che le captazioni d’acqua di raffreddamento interessate dall’onda di piena siano messe fuori servizio e che non sia disponibile un’alimentazione esterna di corrente elettrica (documento /2/).
Riferimenti:
/1/ Basisdokument zum Nachweis der Hochwassersicherheit, Juni 2008, UFE (in francese e tedesco)
/2/ Lettera ENSI “Verfügung: Vorgehensvorgaben zur Überprüfung der Auslegung bezüglich Erdbeben und Überflutung/Ordinanza sulle istruzioni di procedura relative alla verifica della progettazione concernente la resistenza contro i sismi e le piene”, 1° aprile 2011 (in tedesco) (pdf)