Il bacino urbano sperimentale di Cascina Scala (Pavia)

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1 Il bacino urbano sperimentale di Cascina Scala (Pavia) Piogge, portate e qualità dei deflussi in fognatura nel periodo Sergio Papiri Professore Associato di Costruzioni Idrauliche Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale Università degli Studi di Pavia Carlo Ciaponi Professore Ordinario di Costruzioni Idrauliche Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale Università degli Studi di Pavia Sara Todeschini Ph.D. - Assegnista di Ricerca in Ingegneria Idraulica Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale Università degli Studi di Pavia ARACNE

2 Copyright MMVIII ARACNE editrice S.r.l. via Raffaele Garofalo, 133 A/B Roma (06) ISBN I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica, di riproduzione e di adattamento anche parziale, con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi. Non sono assolutamente consentite le fotocopie senza il permesso scritto dell Editore. I edizione: ottobre 2008

3 Indice Prefazione pag. 1 Capitolo 1 Descrizione del bacino e della rete di drenaggio 1.1 Il bacino pag La rete di drenaggio pag. 7 Capitolo 2 La strumentazione di misura 2.1 Misura della precipitazione pag Pluviografi pag Calibrazione pag Misura della temperatura pag Misura della portata in fognatura pag Modellatore a risalto pag Misuratore di livello a ultrasuoni pag Misuratore di livello a bolle pag Misura di qualità delle acque in fognatura pag Sonda multiparametrica pag Campionatore automatico refrigerato pag. 26 I

4 Il bacino urbano sperimentale di Cascina Scala (Pavia) Capitolo 3 Acquisizione ed elaborazione dei dati sperimentali 3.1 Dati pluviometrici pag Dati idrometrici pag Dati di qualità pag. 40 Capitolo 4 Dati sperimentali 4.1 Dati pluviometrici pag Osservazioni giornaliere pag Precipitazioni di massima intensità pag Dati pluviometrici e idrometrici pag Caratteristiche principali degli eventi selezionati pag Alcuni eventi pluviometrici selezionati pag Dati pluviometrici, idrometrici e di qualità pag. 158 Pubblicazioni inerenti l attività sperimentale pag. 257 Elenco delle tesi inerenti l attività sperimentale pag. 265 II

5 Prefazione Il problema della raccolta e dello smaltimento delle acque di origine meteorica nelle aree urbanizzate ha assunto negli ultimi anni connotati sempre più complessi, in parallelo con il progressivo sviluppo degli insediamenti urbani, il progredire della qualità della vita e la conseguente maggiore attenzione riservata alle esigenze di salvaguardia ambientale e di sicurezza nei confronti del rischio idraulico. La necessità di più approfondite conoscenze sull argomento e di strumenti di indagine più sofisticati e completi rispetto a quelli convenzionalmente adottati è riconosciuta a livello internazionale da circa un trentennio, come è dimostrato dai numerosi convegni internazionali (specificamente dedicati ai problemi del drenaggio urbano) che, a partire dalla Conferenza Internazionale di Southampton (GB) del 1978 e di Urbana (USA) del 1981, si sono succeduti con notevole frequenza e con interesse crescente da parte della comunità scientifica internazionale. Anche in Italia è stata dedicata molta attenzione a questo argomento. In particolare, l interesse dei ricercatori si è concretizzato nel 1984 con la costituzione, nell ambito del Gruppo Nazionale di Idraulica (GNI), del Sottogruppo Deflussi Urbani che ha promosso numerose ed importanti iniziative finalizzate alla ricerca e al trasferimento nella pratica ingegneristica dei risultati ottenuti. 1

6 Il bacino urbano sperimentale di Cascina Scala (Pavia) Fin dall inizio della sua attività, il Sottogruppo Deflussi Urbani ha individuato nella ricerca sperimentale l attività prioritaria per creare un indispensabile base di conoscenza a supporto dell analisi teorica e della modellazione matematica. Grazie a finanziamenti ottenuti dal CNR e dal Ministero, a partire dai primi anni 80, è stata organizzata, a cura di unità di ricerca afferenti a varie sedi universitarie, un intensa attività di sperimentazione su alcuni bacini urbani selezionati come bacini-campione e attrezzati con apparati di misura e di registrazione delle piogge e delle portate in fognatura. Più recentemente, alcuni di questi bacini sono stati attrezzati anche per l analisi sperimentale degli aspetti relativi alla qualità delle acque meteoriche di dilavamento. Tra questi bacini-campione, il bacino di Cascina Scala a Pavia, gestito dall unità di ricerca dell Università di Pavia, è sicuramente quello caratterizzato dal più lungo periodo di osservazione (complessivamente 20 anni), durante il quale è stata raccolta una grande quantità di dati pluviometrici, di portata e di qualità delle acque di deflusso in fognatura. Questi dati hanno consentito all unità di ricerca dell Università di Pavia di affrontare, con la possibilità di avere sempre un riscontro sperimentale, numerose tematiche tecnico-scientifiche di notevole interesse teorico ed applicativo quali la variabilità spaziale della precipitazione in piccoli bacini, la taratura del modello dell invaso lineare, il calcolo delle portate di progetto per le fognature pluviali, le perdite idrologiche nei bacini urbani, la dinamica degli inquinanti nei processi di dilavamento delle aree urbanizzate e il controllo dell impatto degli scarichi delle acque di dilavamento nei corpi idrici superficiali. Su questi aspetti sono stati prodotti i lavori scientifici citati nella bibliografia riportata al termine di questo volume. I primi dati acquisiti presso il bacino campione di Cascina Scala sono stati presentati, insieme a quelli raccolti in altri bacini sperimentali italiani, nel workshop: Urban Drainage in Experimental Catchements in Italy organizzato a 2

7 Prefazione Maratea nel giugno 1992 dalle Università della Calabria e della Basilicata in collaborazione con l Università di Belgrado 1. Nel 1994 il Centro Studi Deflussi Urbani ha pubblicato i dati pluviometrici e di portata in fognatura registrati nel corso di 150 eventi selezionati in otto bacini urbani italiani 2. Di questi, 32 eventi sono stati misurati e registrati presso il bacino di Cascina Scala. Negli anni successivi, presso il bacino di Pavia l attività sperimentale è proseguita con la raccolta di una grande quantità di dati di pioggia e di portata, integrati, a partire dal 2000, da dati di qualità delle acque meteoriche di dilavamento. Si è pertanto ritenuto utile ordinare e presentare in questo volume una sintesi significativa dei dati raccolti nel corso del lungo periodo di osservazione, con l auspicio che questa base di conoscenza, opportunamente elaborata da chi la riterrà di interesse, possa contribuire ad un ulteriore avanzamento delle conoscenze del settore. Nel licenziare questo volume, si ritiene doveroso rivolgere un sentito ringraziamento al CNR, al MIUR (con le diverse denominazioni che ha assunto nel tempo) e all Università di Pavia che hanno contribuito con i loro finanziamenti all avvio e al mantenimento dell attività sperimentale, nonché al Comune e all ASM S.p.A. di Pavia per la collaborazione fornita. Si ringraziano i tecnici del Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale dell Università di Pavia che hanno provveduto alla gestione operativa della strumentazione, i numerosi studenti che hanno collaborato all elaborazione dei dati e i Dottori di Ricerca Giuseppe Barbero, Antonella Negri e Olga Janet Barco che con il loro intelligente e appassionato lavoro hanno contribuito alla valorizzazione scientifica dei risultati sperimentali. 1 Urban Drainage: Experimental Catchments in Italy. A cura di Calomino, Maksimovic e Molino Bios Editore, Cosenza, 1995, ISBN: Le misure di pioggia e di portata nei bacini sperimentali urbani in Italia. A cura di Calomino e Paoletti CSDU Editore, Milano,

8 Il bacino urbano sperimentale di Cascina Scala (Pavia) Un sentito ringraziamento va al Prof. Ugo Moisello per l affettuosa attenzione con cui ha seguito tutta l attività della locale unità di ricerca sui deflussi urbani. Infine, un particolare riconoscimento va attribuito al Prof. Alessandro Paoletti che, docente presso l Università di Pavia, con grande lungimiranza, fece eseguire nel lontano 1977 un rilievo accuratissimo del bacino di Cascina Scala e del suo sistema fognario, provvedendo anche alla realizzazione della prima installazione sperimentale. Sergio PAPIRI e Carlo CIAPONI Pavia, Ottobre

9 Capitolo 1 Descrizione del bacino e della rete di drenaggio 1.1 Il bacino Il bacino urbano oggetto di sperimentazione è il quartiere Cascina Scala del Comune di Pavia (Figura 1.1). Tale bacino, situato nella periferia nord della città, risulta idrologicamente isolato dal territorio circostante per la presenza di terreni agricoli pianeggianti dotati di una propria rete di canali di drenaggio. A livello urbanistico il quartiere che fa capo al bacino in esame è a carattere prettamente residenziale, con una popolazione che attualmente si aggira attorno alle 1500 unità. L area di tale bacino presenta una leggera pendenza naturale (i = 0,15%) da Nord Ovest verso Sud Est. Fino all inizio del 2001, la superficie complessiva ammontava a 14,37 ha con una parte, pari a 3,02 ha, costituita da aree permeabili non connesse al sistema di drenaggio. L area contributiva del bacino (11,35 ha) risultava così suddivisa: 7,37 ha (65%) erano occupati da aree impermeabili (strade, piazze, parcheggi, vialetti e tetti) mentre 3,98 ha (35%) da superfici permeabili (giardini privati e pubblici, piccoli orti) che possono risultare contributivi ai fini del 5

10 Il bacino urbano sperimentale di Cascina Scala (Pavia) deflusso in fognatura solo in occasione di eventi meteorici particolarmente intensi. Dall inizio del 2001 è stato ristrutturato un complesso residenziale ubicato nella zona Sud-Est di Cascina Scala. Tale area è stata connessa all esistente sistema di drenaggio sul tronco finale della rete. La superficie occupata da questo complesso residenziale è di 1,33 ha, di cui 0,53 ha impermeabili e 0,80 ha permeabili. I tetti occupano una superficie di 0,33 ha; le strade e i parcheggi si sviluppano su un area di 0,20 ha, di cui 0,050 ha sono privi di sistema di drenaggio e recapitano sul suolo permeabile. La Figura 1.2 mostra la distribuzione delle coperture superficiali del bacino e la localizzazione della strumentazione di misura delle piogge e delle portate. Figura 1.1 Immagine aerea del bacino sperimentale di Cascina Scala a Pavia 6