CONVEGNO SISTEMI IDRAULICI URBANI: TRA SOSTENIBILITA AMBIENTALE E CAMBIAMENTI CLIMATICI IMPATTO DELLE ACQUE DI DILAVAMENTO SUI RICETTORI FLUENTI

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1 CONVEGNO SISTEMI IDRAULICI URBANI: TRA SOSTENIBILITA AMBIENTALE E CAMBIAMENTI CLIMATICI IMPATTO DELLE ACQUE DI DILAVAMENTO SUI RICETTORI FLUENTI Sergio Papiri Dipartimento di Ingegneria Civile e Architettura Università degli Studi di Pavia Via Ferrata, Pavia papiri@unipv.it Bologna, 24 ottobre214 presso ACCADUEO 214

2 Le criticità dovute all espansione urbanistica La progressiva espansione delle aree urbanizzate, e il corrispondente incremento delle aree impermeabili, ha provocato notevoli aumenti delle portate al colmo e dei volumi di piena. Lo sviluppo urbanistico e il forte incremento del traffico veicolare hanno aumentato il grado di contaminazione delle acque pluviali di dilavamento, compromettendo le caratteristiche qualitative dei corpi idrici ricettori.

3 Incrementi delle portate al colmo connessi con l urbanizzazione. Portate di picco normalizzate al variare del rapporto di impermeabilizzazione e della pendenza del terreno per suoli molto permeabili e mediamente permeabili

4 Il grado di contaminazione delle acque defluenti in fognatura in tempo di pioggia Portata [L/s] i [mm/min] DATI SPERIMENTALI Tempo [min] 24 Portata [L/s] Evento del 23/6/2 a Cascina Scala (Pavia) Portata [L/s] SST [mg/l] COD [mg/l] Concentrazione [mg/l] Tempo [min]

5 4. Portata [L/s] i [mm/min] DATI SPERIMENTALI Evento del17/3/21 a Cascina Scala(Pavia) Portata [L/s] Tempo [min] Portata [L/s] SST [mg/l] COD [mg/l] Concentrazione [mg/l] Tempo [min]

6 Problemi ambientali connessi con l immissione nei ricettori fluenti di scarichi durante eventi meteorici Durante gli eventi meteorici si attivano gli scaricatori di piena dei sistemi fognari nei ricettori superficiali. L immissione nei ricettori fluenti di tali scarichi presenta varie criticità: portate di scarico spesso elevate in rapporto alla portata di base del ricettore e della sua capacità idraulica; Carico inquinante, spesso rilevante, sversato nel ricettore in maniera impulsiva; occasionalità idraulica dell evento di scarico, ma che si ripete con frequenza notevole (decine di volte in un anno).

7 Effetti di scaricatori di piena Applicazione alla fognatura di Cascina Scala (Pavia) del modello SWMM dell US-EPA per una serie continua di eventi (1997) (Barco e Papiri, 23). Numero di scarichi annui Eventi che generano scarico Massa scaricata Volume scaricato Vscar/Vmax Mscar/Mmax Portata di soglia specifica [l/(s*haimp)] Numero di scarichi annui, volumi idrici e masse di SS scaricati, normalizzati, in assenza di depositi in rete

8 Problemi ambientali L immissione di forti portate in corsi d acqua di piccole dimensioni provoca un alterazione rilevante delle condizioni idrauliche precedenti con consistenti incrementi dei tiranti idrici e delle velocità di deflusso. L incremento dei tiranti idrici e delle velocità di deflusso modifica le caratteristiche dell habitat e provoca l asportazione, in tutto o in parte, degli organismi che costituiscono la comunità acquatica. L alternarsi frequente di condizioni idrauliche e quindi di habitat molto diverse compromette la funzionalità idraulica nel suo insieme.

9 Problemi ambientali L immissione degli effluenti degli scaricatori, e in particolare della prima onda di cacciata inquinata (first flush), genera un picco di inquinamento improvviso. Carichi inquinanti di forte entità concentrati in brevi intervalli di tempo fanno variare in maniera marcata le caratteristiche qualitative delle acque del ricettore. Le brusche variazioni peggiorative delle caratteristiche qualitative delle acque non consentono agli organismi presenti di acclimatarsi, cioè di adattarsi alla presenza di inquinanti.

10 Problemi ambientali L inquinamento veicolato dallo scarico del first flush concerne solidi sospesi, sostanza organica, nutrienti, tensioattivi, oli e grassi, metalli pesanti, batteri fecali, ecc. Lo sversamento di tensioattivi determina la formazione di schiume, con un conseguente pesante impatto visivo. Pesante impatto visivo generano anche gli oli e grassi. La forte carica batterica compromette le condizioni igieniche del ricettore, anche se, in genere, per un breve intervallo temporale.

11 Idrogramma lordo, concentrazioni di SS e COD nel sistema fognario unitario di Cascina Scala durante l evento meteorico del 11/4/ Portata mista [l/s] Portata mista [l/s] Portata di sfioro = 5 DWF SS [mg/l] COD [mg/l] Concentrazione [mg/l] Tempo [min]

12 Efflusso da scaricatore di piena in sponda sinistra del Ticino a Pavia

13 Effetto dell attivazione di uno scaricatore di piena in sponda sinistra del Ticino a Pavia sulla qualità del ricettore

14 PAVIA E LA ROGGIA VERNAVOLA Risultanze di ricerche sperimentali e modellazioni idrauliche e ambientali

15 EVOLUZIONE URBANISTICA NEL 9

16 STAZIONI DI MONITORAGGIO LUNGO LA ROGGIA VERNAVOLA

17 Giudizio Colore Livello Ottimo azzurro I Buono verde II Sufficiente giallo III Scadente arancione VI Pessimo rosso V 27/6/28 Tempo asciutto Parametro St. S1 St. S2 St. S3 St. S4 St. S5 St. S6 St. S7 St. S8 1-OD [% sat.] BOD 5 [O 2 mg/l] 39,7 44,2 29,5 24,5 17,5 18,6 14,5 23,4 5 2,5 2,5 2,5 4 2,5 4 2,5 COD [O 2 mg/l] 9 < 5 < 5 < 5 7 < 5 8 < 5 NH 4 [N mg/l] 1,9,11,9,19,9,19,36,13 NO 3 [N mg/l] 1,13 2,14 2,98 1,93 1,93 1,99 1,94 1,75 Fosforo tot. [P mg/l],39,28,28,37,29,28,32,32 E. coli [UFC/1 ml] > * 1.1* Livello III II II II III II III III Colore Parametro St. S1 St. S2 St. S3 St. S4 St. S5 St. S6 St. S7 St. S8 1-OD [% sat.] 22 24,4 2,6 21,3 25,4 32, ,7 1/7/28 Immediatamente dopo un evento meteorico intenso e concentrato nel tempo BOD 5 [O 2 mg/l] COD [O 2 mg/l] NH 4 [N mg/l],47,17,15,16,12,21,19,63 NO 3 [N mg/l] 1,75 1,61 1,81 1,49 1,52 1,76 1,69 1,7 Fosforo tot. [P mg/l],3,25,22,26,23,24,28,26 E. coli [UFC/1 Ml] > > 4. Livello V III III III IV IV IV IV Colore

18 I PUNTI DI SCARICO DEI SISTEMI FOGNARI Il sistema fognario serve una popolazione di circa 61.8 AE eunasuperficie di 62 ha. Gli scarichi censiti sono 28: 25 di piena associati a scolmatori inseriti in reti fognarie di tipo unitario e 3 diretti aserviziodibacinidi piccola estensione non serviti dalla pubblica fognatura. 21 scolmatori sono connessi a stazioni di sollevamento: 15 fuori linea e 6 in linea.

19 STAZIONI DI SOLLEVAMENTO E LORO SCARICHI S. Genesio e Uniti Bivio Vela

20 Modellazioni idrauliche e ambientali Sez. 1 Sez. 65 Sez. 11a Sez. 17 Sez. 87 Sez. 12

21 Altezza [mm] Evento del 12/8/26 Durata [h] TSA [giorni] I max 1 [mm/min] I max 15 [mm/min] 22, 1,5 1,9 1,99 1,1 Portate nella roggia Vernavola Evento 4 Q [m 3 /s] Idrogramma sez. 1 Idrogramma sez. 65 Idrogramma sez. 87 Ietogramma,6 1,2 1,8 i [mm/min] 3 2, Tempo [h] 3

22 Onde di piena a valle dell attraversamento di Viale Cremona Evento Altezza totale [mm] Durata [h] I max 1 [mm/min] Picco di Q [m 3 /s] 2/8/6 69,3 22,6,79 6,93 12/8/6 8,6 1,5 1,45 8,26 13/9/6 27,7 8, 1,23 8,51 24/9/6 22, 1,5 1,99 7,27 3/5/7 13,6 25,6 1,46 7,93 5/5/7 41, 2,5 1,21 2,99 Colore identificativo dell evento Cav. Campari (1896), Nelle massime piene la Vernaola può raggiungere 3 moduli italiani (3 m 3 /s)

23 Altezza [mm] Evento del 13/9/26 Durata [h] TSA [giorni] I max 1 [mm/min] I max 15 [mm/min] 13,6 25,6 15,3 1,46,52 Concentrazioni di SST nella roggia Vernavola Evento 9 5 BOD 5 =,512 x SST 4,6 R=,84 C [mg/l] 3 2 Pollutogramma sez. 1 Pollutogramma sez. 65 Pollutogramma sez. 87 Ietogramma 1,2 1,8 i [mm/min] Simili alle acque reflue di tempo asciutto 1 2, Tempo [h]

24 Risultanze delle modellazioni La massa inquinante annua scaricata nella Vernavola equivale allo sversamento diretto di acque reflue da parte di un centro abitato di circa 5. AE. Quando gli scaricatori di piena sono attivi (una durata di circa 553 ore, pari a 23 giorni, nell anno in esame), mediamente, viene riversato nella roggia un carico inquinante equivalente allo scarico di acque reflue di circa 68. AE.

25 Risultanze delle modellazioni Se poi si considera l evento meteorico che ha provocato il valore massimo di massa scaricata nella roggia (evento del 25 agosto 26), l impatto esercitato dagli scarichi (riferito alla durata per cui transita il deflusso di pioggia nel sistema fognario, pari a circa 6 ore) è equivalente a quello prodotto in 6 ore da circa 42. AE. Questi numeri mostrano la GRAVOSITÀ degli effetti prodotti sulla Vernavola in tempo di pioggia dagli scaricatori di piena, soprattutto se confrontati con il numero complessivo di AE serviti dal sistema fognario in studio, pari a circa 61.8 unità.

26 La mitigazione dell impatto ambientale degli scaricatori di piena con l inserimento di vasche di prima pioggia Altezza [mm] Evento del 25/8/26 Durata [h] TSA [giorni] I max 1 [mm/min] I max 15 [mm/min] Pollutogramma di scarico della S13 con e senza vasca p.p. 12 qm SST scaricata [Kg/min] Situazione attuale (R = 7.8) Vasca 25 m3/haimp (R = 3) Vasca 5 m3/haimp (R = 3) tempo [h]

27 Vasca di prima pioggia a valle della stazione S13 La scelta tra una vasca di 25 o 5 m 3 /ha imp è legata a una valutazione economica che tenga conto anche del beneficio ambientale che si intende conseguire Senza vasca Con vasca (25 m 3 /ha imp ) Con vasca (5 m 3 /ha imp ) R = 7.8 R = 3 R = 3 Vol tot in ingresso [m 3 ] % % % Vol tot a depurazione [m 3 ] % % % Vol tot scaricato [m 3 ] % % % Massa tot in ingresso [Kg] 22 1 % 22 1 % 22 1 % Massa tot a dep. [Kg] % % % Massa tot scaricata [Kg] % % % Portata verso valle [l/s]

28 LA FOCE DELLA VERNAVOLA Grazie per l attenzione