La gestione delle acque meteoriche nelle aree urbane: aspetti idraulici e ambientali. Marco Maglionico Università di Bologna Dipartimento DICAM
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1 La gestione delle acque meteoriche nelle aree urbane: aspetti idraulici e ambientali Marco Maglionico Dipartimento marco.maglionico@unibo.it Ferrara, 3 Ottobre 215
2 Effetti dell urbanizzazione sul ciclo idrologico L urbanizzazione provoca alterazioni al regime delle acque superficiali e sotterranee e alle loro caratteristiche qualitative. In particolare si possono evidenziare i seguenti tre aspetti: minore infiltrazione delle acque meteoriche nel sottosuolo, per cui si ha una modifica nel bilancio idrologico delle acque superficiali e sotterranee; l incremento di impermeabilizzazione dei suoli provoca, durante le piogge, un incremento delle portate idrauliche inviate alle reti fognarie o ai ricettori; le acque meteoriche che scorrono sulle aree urbane si deteriorano trasportando le sostanze inquinanti presenti, ai ricettori.
3 Città resilienti LA GESTIONE DELLE ACQUE METEORICHE NELLE Evoluzione dei sistemi di gestione delle acque < Approccio tradizionale Raccolta e rapido allontanamento delle acque Approccio conservativo Recupero e riuso Controllo centralizzato con delle acque temporaneo immagazzinamento in vasche di laminazione e di prima pioggia Aspetti idraulici 2 Approccio sostenibile Controllo diffuso della formazione del deflusso superficiale: BMP (Best Management Practice) SUD (Sustainable Urban Drainage) LID (Low Impact Development) Aspetti ambientali
4 Aspetti idraulici La portata di picco, Qp aumenta; Volume di deflusso, V aumenta; Tempo di picco, tp dell idrogramma decresce. Per i nuovi interventi urbanistici si richiede di rispettare il principio dell invarianza idraulica
5 Aspetti ambientali Reti fognarie separate E' essenziale distinguere tra: reti fognarie di tipo misto reti fognarie di tipo separato Acque meteoriche da strade e parcheggi Acque reflue Edifici residenziali ed industriali Acque meteoriche dai pluviali Reti fognarie unitarie o miste Impianto di trattamento Acque meteoriche da strade e parcheggi Acque reflue Edifici residenziali ed industriali Corpo idrico ricettore (fiume, lago, mare.) Impianto di trattamento Acque meteoriche dai pluviali Scaricatore di piena Corpo idrico ricettore (fiume, lago, mare.) In entrambi i casi le caratteristiche qualitative delle acque sono funzione sia del bacino urbano dilavato dalla pioggia, sia dei collettori fognari che trasportano tale liquame.
6 massa sversata (kg/ha) sversata per evento (kg/ha) Portata (m3/s) SST, BOD5, COD (mg/l) LA GESTIONE DELLE ACQUE METEORICHE NELLE Aspetti ambientali 1 Monte_SST_BOD5_COD 25 Impatto di tipo acuto 8 6 Portata SST BOD5 COD : 2: 4: 6: 8: 1: 12: Tempo (hh:mm) Impatto di tipo cronico MASSA SPECIFICA SST gen-98 feb-98 mar-98 apr-98 mag-98 giu-98 lug-98 ago-98 set-98 ott-98 nov-98 dic
7 Caratteristiche degli inquinanti dovuti al traffico automobilistico e alla disgregazione del manto stradale: L accumulo degli inquinanti in tempo secco sulle superfici urbane (build-up) può avere range pari a circa 5-35 kg/ha/giorno. Dimensione (mm) % in peso < > 2 22 Parametro Unità di misura < 75 mm 75-2 mm Manganese mg/kg Arsenico mg/kg Bario mg/kg Cadmio mg/kg Cromo mg/kg Mercurio mg/kg Nichel mg/kg Piombo mg/kg Rame mg/kg Vanadio mg/kg Zinco mg/kg
8 Pioggia (mm/h) Q ingresso (l/s) COD, SST (mg/l) Nella letteratura scientifica si possono ritrovare anche diversi studi che caratterizzano le acque che dilavano le aree produttive (wash-off): Evento 4 (13/6/24) Area produttiva con transito mezzi pesanti di estensione pari a 1,1 ha (Artina et al. 25) 18 Q ingresso 8 16 SST 7 14 COD :15 5:3 5:45 6: 6:15 6:3 6:45 7: Tempo (hh.mm)
9 Cu (mg/l) Zn (mg/l) LA GESTIONE DELLE ACQUE METEORICHE NELLE Correlazione fra SST e Zn Zn Evento 5 Zn Evento 4 Zn Evento 3 Zn Evento 2 Zn Evento SST (mg/l) Relazioni fra le concentrazioni misurate di SST e quelle dei metalli pesanti (Zn, Cu) per gli eventi oggetto di analisi chimiche: Correlazione fra SST e Cu Cu Evento 5 Cu Evento 4 Cu Evento 3 Cu Evento 2 Cu Evento SST (mg/l)
10 Accumulo in tempo secco all interno dei collettori fognari Strato organico Solidi grossolani LIQUAME BIOFILM: Colore grigio Elevato contenuto organico Spessore 1-5 mm STRATO ORGANICO: Colore marrone Elevato contenuto organico Spessore 2-15 cm SOLIDI GROSSOLANI: Colore nero o grigio Elevato contenuto minerale Spessore > 5 cm
11 Altezza acqua (cm) LA GESTIONE DELLE ACQUE METEORICHE NELLE Altezza acqua (cm) Concentrazione (mg/l) Concentrazione (mg/l) Collettore fognario Depth BOD COD TSS Campionamenti eseguiti sulla rete fognaria di Bologna di tipo misto Gli scaricatori di piena non sono efficaci per il controllo delle acque di prima pioggia. Tempo (hh:mm) Scaricatore Time (hh:mm) Depth BOD COD TSS
12 Sistemi puntuali Invasi per la laminazione delle portate e vasche per il controllo degli inquinanti, spesso denominati anche end of pipe solutions Laminazione delle portate Controllo delle acque di prima pioggia
13 Sistemi distribuiti per la gestione delle acque meteoriche Gestione acque dei coperti Pozzi asciutti Tubi drenanti Vasche verdi filtranti Canali infiltranti Pozzi perdenti Tetti verdi Gestione acque stradali Canali inerbiti Bioretention Bacini di infiltrazione Pavimentazioni permeabili Infiltration Planters Sistemi di ritenzione, fitodepurazione e lagunaggio Stagni Sistemi di fitodepurazione estensiva (SFE) Le acque meteoriche vengono intercettate prima di entrare nel sistema di drenaggio.
14 Tetti verdi Linee guida per la progettazione dei sistemi di raccolta delle acque piovane per il controllo degli apporti nelle reti idrografiche di pianura (Autorità di Bacino Fiume Reno). Realizzano la laminazione delle portate cadute sui tetti.
15 Tetti verde sperimentali realizzati presso l Pluviale per la raccolta delle acque del tetto impermeabile Pluviale per la raccolta delle acque del tetto verde Superficie del tetto verde di circa 5 m 2. Spessore del substrato di 1 cm.
16 1:3 1:36 1:42 1:48 1:54 2: 2:6 2:12 2:18 2:24 2:3 2:36 2:42 2:48 2:54 3: 3:6 3:12 3:18 3:24 3:3 3:36 3:42 3:48 3:54 4: 4:6 4:12 4:18 4:24 4:3 4:36 4:42 4:48 4:54 5: Portata (l/s) Intensità di pioggia (mm/h) LA GESTIONE DELLE ACQUE METEORICHE NELLE Confronto tra portate defluite dal tetto verde sperimentale rispetto al tetto impermeabile tradizionale Tetto verde - deflusso Pioggia Tetto tradizionale - deflusso Tempo (hh:mm) Tratto da Green Roofs For Sustainable Water Management in Urban Areas M. MAGLIONICO, A. CONTE, A. BONOLI, I. STOJKOV, S. CIPOLLA International Conference ICUD14
17 Ritenzione ( %) Numero eventi (%) LA GESTIONE DELLE ACQUE METEORICHE NELLE Bo-Histo Bo-HOBO Analisi delle serie pluviometriche e valutazione della ritenzione idrica e del coefficiente di deflusso Altezza precipitazione [mm] SR NR Altezza precipitazione [mm]
18 Modellazione idrologica del tetto verde L implementazione del tetto verde attraverso il codice di calcolo SWMM 5.1 sviluppato dall US-EPA.
19 Pluviali
20 Sistemi ad infiltrazione Esempio di tubazione drenante Vialetto in ciottoli che nasconde una tubazione drenante [ Funzionamento pozzo perdente [
21 Aree di parcheggio e strade
22 Pavimentazioni drenanti Con il tempo tendono a ridurre gradualmente la loro capacità di infiltrazione limitandosi a garantire una sorta di microlaminazione superficiale.
23 Tratto da Experimental infiltration tests on existing permeable pavements M. MAGLIONICO, S. CIPOLLA, I. STOJKOV International Conference ICUD14 Il coefficiente di permeabilità è fortemente influenzato, oltre che dalle caratteristiche del parcheggio, anche dagli eventi meteorici precedenti e dalla sua età. La scritta in rosso indica il coefficiente di permeabilità medio misurato in mm/s. Per una progettazione ottimale occorre assegnare al parcheggio drenante una adeguata capacità di invaso.
24 Conclusioni Le strategie di gestione delle acque meteoriche nelle aree urbane si stanno orientando verso soluzioni diffuse sul territorio progettando reti di raccolta delle acque che consentano la separazione delle acque in relazione al loro grado di contaminazione (coperture, aree di parcheggio, strade, ). Occorre pertanto cercare di integrare nelle soluzioni architettonicheurbanistiche i dispositivi che consentono la gestione e lo smaltimento sostenibile delle acque meteoriche. Accanto alle soluzioni diffuse, dimensionate usualmente per bassi tempi di ritorno (2-5 anni) si dovrebbero comunque considerare sistemi puntuali dimensionati per tempi di ritorno più elevati (3-5 anni). Non sottovalutare gli aspetti manutentivi delle opere sia che si tratti di sistemi diffusi che puntuali.
25 Grazie per l attenzione!
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