Best Management Practices per l invarianza idraulica e ambientale del territorio. Marco Maglionico

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1 Best Management Practices per l invarianza idraulica e ambientale del territorio Marco Maglionico

2 Effetti dell urbanizzazione sul ciclo idrologico L urbanizzazione provoca alterazioni al regime delle acque superficiali e sotterranee ed 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. 2

3 Problematiche idrauliche La portata di picco, Qp aumenta; Volume di deflusso, V aumenta; Tempo di picco, tp dell idrogramma decresce. 3

4 Problematiche ambientali Accumulo di inquinanti in tempo secco sulle superfici urbane. Lavaggio operato dalla pioggia ed ingresso nella rete fognaria. Trasporto degli inquinanti nei collettori fognari e immissione nei ricettori. 4

5 BUILD UP: accumulo di materiale solido sulla sede stradale in tempo secco, proveniente da: deposizioni atmosferiche; traffico veicolare; rifiuti di origine antropica; vegetazione. A tali solidi sono collegate sostanze inquinanti Da indagini sperimentali (Alley, 1981; Alley e Smith, 1981; Bujon e Herremans, 1990) il valore del coefficiente di accumulo è stato dedotto secondo la seguente classificazione in funzione del tipo di urbanizzazione: zone residenziali altamente abitate kg/(ha giorno) zone residenziali scarsamente abitate 5 6 kg/(ha giorno) zone commerciali 15 kg/(ha giorno) zone industriali 35 kg/(ha giorno) 5

6 Accumulo totale su via Togliatti Quantità accumulata (g/m) Tempo secco (giorni) Accu = 3 t s + 24,02 Coefficiente di accumulo 3,00 g/m/giorno 5,7 kg/ha/giorno 6

7 Analisi granulometrica Dimensione (µm) Parametro Unità di misura % in peso < > Confronto con i limiti U.S. EPA per giudicare lo stato non inquinato (Np), moderatamente inquinato (Mp) o molto inquinato (Hp). LAB&LAB - Le tecnologie appropriate Parametro Np Mp Hp Strada <75 µm Unità di misura Strada µm Nichel mg/kg < > Piombo mg/kg < > Zinco mg/kg < > Rame mg/kg < > < 75 µm µm 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 Valutazione dell efficacia dei mezzi di pulizia Efficienza (%) > < 75 Totale Dimensioni granulometriche (µm) 8

9 Manufatti per la raccolta delle acque pluviali Manufatti puntuali Manufatti lineari 9

10 Collegamento con i collettori fognari Non sifonato Sifonato 10

11 Aspetti gestionali nella raccolta delle acque meteoriche Il continuo ingresso di materiale causa l interrimento delle caditoie e la perdita di efficienza idraulica 11

12 Analisi dei sedimenti in caditoia Confronto con i limiti U.S. EPA per giudicare lo stato non inquinato (Np), moderatamente inquinato (Mp) o molto inquinato (Hp). Parametro Nichel Piombo Zinco Rame Unità di misura mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg ph unità ph 7.03 Conducibilità elettrica a 20 ºC µs/cm 496 Nitrati (ione nitrato) mg/kg s.s Solfati (ione solfato) mg/kg s.s. 165 Cloruri (ione cloruro) mg/kg s.s Carbonio organico totale % s.s Cadmio (Cd) mg/kg s.s Nichel (Ni) mg/kg s.s Piombo (Pb) mg/kg s.s. 283 Platino (Pt) mg/kg s.s. < 0,1 Rame (Cu) mg/kg s.s. 122 Palladio (Pd) mg/kg s.s. 0.2 Rodio (Rh) mg/kg s.s. < 0,1 Vanadio (V) mg/kg s.s Zinco (Zn) mg/kg s.s. 612 Np <20 <40 <90 <25 Mp Hp >50 >60 >200 >50 Caditoia Strada <75 µm Strada µm

13 Bacino sperimentale ad Anzola nell Emilia (BO) Evento 13 giugno 2004 Pioggia (mm/h) Area esterna drenata nella vasca di prima pioggia Simp= 1,1 ha Q ingresso (l/s) :22 05:36 05:51 06:05 06:20 06:34 06:48 Tempo (hh.mm) Inflow Troll 9000 Pro XP SST COD Torbidità (NTU) - Conc (mg/l) 13

14 0.900 Correlazione fra SST e Zn Relazioni fra le concentraz. misurate di SST e quelle dei metalli pesanti (Pb, Zn, Cu) per i 5 eventi oggetto di analisi chimiche Zn (mg/l) Zn Evento 5 Zn Evento 4 Zn Evento Zn Evento Zn Evento SST (mg/l) Correlazione fra SST e Pb Correlazione fra SST e Cu Pb (mg/l) Pb Evento 5 Pb Evento 4 Pb Evento 3 Pb Evento 2 Pb Evento 1 Cu (mg/l) Cu Evento 5 Cu Evento 4 Cu Evento 3 Cu Evento 2 Cu Evento SST (mg/l) SST (mg/l) 14

15 Per far fronte agli effetti che le urbanizzazione determinano si adottano usualmente due approcci: Sistemi puntuali (invasi per la laminazione delle portate e per il controllo degli inquinanti) spesso denominati anche end of pipe solutions ; Sistemi diffusi spesso denominati anche BMP (Best Management Practices) o SUD (Sustainable Urban Drainage) o LID (Low Impact Development) 15

16 Sistemi puntuali Laminazione delle portate Controllo delle acque di prima pioggia 16

17 Sistemi diffusi Sistemi ad infiltrazione Bacini di infiltrazione Canali filtranti Pozzi asciutti Pavimentazioni filtranti Sistemi filtranti Filtri a sabbia Sistemi vegetati Fasce filtro Aree tampone Canali inerbiti 17

18 Sistemi ad infiltrazione 1 Sistema di drenaggio 2 Pozzo di infiltrazione 3 Trincea di infiltrazione 4 Condotta infiltrante 5 Pavimentazione porosa 6 Scarico di troppo pieno 7 Allaccio fognario ordinario Questi sistemi permettono l infiltrazione della precipitazione nel sottosuolo, evitando così che si trasformi in deflusso superficiale; si cerca cioè di riprodurre l originale equilibrio idrico presente prima dello sviluppo urbanistico. Il principale limite dei sistemi ad infiltrazione è che possono facilmente intasarsi, qualora vengano interessati da acque caratterizzate da un elevato contenuto di solidi; per questo è consigliabile utilizzarli per raccogliere le acque relativamente povere di sedimenti, come quelle provenienti dai tetti, oppure impiegarli in abbinamento ad altre BMP che provvedano ad una preventiva riduzione dei solidi trasportati. 18

19 Esempio di tubazione drenante Vialetto in ciottoli che nasconde una tubazione drenante [ 19 Funzionamento pozzo perdente [

20 Aree di parcheggio e strade 20

21 21

22 Pluviali 22

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24 ) LAB&LAB - Le tecnologie appropriate Pavimentazioni filtranti Con il tempo tendono a ridurre gradualmente la loro capacità di infiltrazione limitandosi a garantire una sorta di microlaminazione superficiale. 24

25 Il dimensionamento dei sistemi d infiltrazione va effettuato confrontando le portate in arrivo al sistema con la capacità di infiltrazione del terreno e l eventuale volume immagazzinato nel sistema. ( Q p Q ) t f = W Dove Q p è la portata in ingresso di origine meteorica; Q f la portata infiltrata; t l intervallo di tempo; W la variazione del volume invasato nel mezzo filtrante nell intervallo t. Occorre poi fissare la durata dell evento di pioggia che può essere assunto breve (da 10 min a 1 ora) nel caso di suoli permeabili, e al contrario lunghe durate (da qualche ora a 1 giorno) nel caso di suoli poco permeabili. La capacità di infiltrazione può essere valutata con la legge di Darcy: Q f = K J A Essendo K il coefficiente di permeabilità: Tipo di suolo K (m/s) Ciottoli, ghiaia >10-2 Sabbia Sabbia fine, argilla con limo e sabbia Argilla omogenea

26 Sistemi vegetati I sistemi vegetati provvedono essenzialmente al miglioramento della qualità delle acque meteoriche, mentre hanno una capacità pressoché trascurabile di ridurre i picchi di portata. L azione di trattamento, comune per le varie tipologie esistenti, si articola in due momenti: dapprima la riduzione delle velocità di scorrimento, risultante dal passaggio attraverso una superficie densamente vegetata, determina la rimozione del particolato inquinante per mezzo della sedimentazione; poi, in virtù dei processi di filtrazione, di assorbimento ad opera delle piante, si ha un ulteriore affinamento. Le principali limitazioni all impiego dei sistemi vegetati sono costituite dalla possibile contaminazione della falda a causa dell infiltrazione e dalla necessità di frequenti operazioni di manutenzione volte a preservare la copertura vegetale. 26

27 Esempio di canali inerbiti con diaframmi [ 27

28 ANALISI ECONOMICA Costi di costruzione unitari per diverse tipologie di cunette (Caltabiano et al., 2011). Se le operazioni di manutenzione vengono eseguite regolarmente la vita utile dell opera è di circa anni. Costi gestionali annui (Caltabiano et al., 2011): Manutenzione ordinaria (rimozione rifiuti e detriti, taglio dell erba, ecc.) Manutenzione reattiva (problemi di erosione, rimozione eventuali sversamenti di idrocarburi, ecc.) Monitoraggio(ispezione dei dispositivi di ingresso e uscita, verifica situazioni di ristagno, ecc.) TOTALE /m /m /m /m

29 Linee Guida DGR Emilia-Romagna n del 18 Dicembre 2006 Necessità di controllare le acque meteoriche di prima pioggia prima dell immissione nei corpi idrici superficiali. Le Linee guida suggeriscono l adozione di fossi inerbiti quale sistema di convogliamento e trattamento prima dell immissione nei corpi idrici ricettori. 29

30 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) LAB&LAB - Le tecnologie appropriate Realizzano una laminazione delle portate cadute sui tetti. 30

31 Sempre più frequentemente si assiste alla combinazione dell uso di sistemi puntuali e sistemi diffusi per garantire un più efficace controllo sia degli aspetti idraulici sia ambientali. 31