GESTIONE SOSTENIBILE DELLE ACQUE METEORICHE URBANE G. La Loggia, F. Caltabiano, E. Oliveri Università degli Studi di Palermo DICAM - Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, Aerospaziale, dei Materiali Costi della pianificazione a invarianza idraulica Palazzo Lombardia Auditorium Milano, 21 novembre 2012
Contesto (1/2) Il drenaggio urbano è praticato da più di cinquemila anni ma il riconoscimento e la comprensione del suo impatto sull'ambiente sono relativamente recenti. Una questione ancora aperta: la sostenibilità (economica e ambientale) Sostituire al trasferimento a valle dei deflussi un approccio alla gestione delle acque di pioggia. Questo approccio fa leva sull adozione delle pratiche distribuite di gestione dei deflussi (BMP).
Contesto (2/2) Le BMP tentano di riprodurre il ciclo idrologico naturale Sono sottoutilizzate rispetto alle loro potenzialità Come distribuirle sul territorio in maniera ottimale?
Obiettivo Suggerire riferimenti (criteri, parametri e relativi valori) per la determinazione del costo dell invarianza idraulica Approccio alla pianificazione ed alla progettazione urbanistica finalizzato a mantenere inalterati la portata al colmo ed i volumi di piena Due direttrici principali: Ø Stima del costo di implementazione di schemi di BMP; Ø analisi della risposta idrologica di un bacino soggetto a crescente urbanizzazione ed effetto dell inserimento delle BMP
Trincee di infiltrazione Cosa sono e su cosa intervengono
Pavimentazioni permeabili Ø ad elementi interbloccanti (PEI) Ø in calcestruzzo poroso (PCP) Ø in asfalto poroso (Pasp) PCP PAsp Asfalto tradizionale PEI
Tetti verdi
Percorso logico Modello di rappresentazione del bacino (A) Variazione della risposta del bacino per effetto di una variazione della superficie impermeabile (B) Variazione della risposta del bacino per effetto dell'introduzione di BMP (C) Confronto con il deflusso relativo al caso senza BMP (caso B) Valutazione dei costi e correlazione costi/ scenari di BMP (D).
Qualche considerazione sul SWMM rende disponibili 5 tipi differenti di LID controls: " Bio-retention Cells modello EPA SWMM " Infiltration Trenches " Continuous Porous Pavement systems " Rain Barrels (o Cisterns) " Vegetative swales
Ietogramma di riferimento Riferimento a T di 5 e 10 anni Due ietogrammi di riferimento (durata 20 min): Ø rettangolare con i = 53 mm/h, per T = 5 anni, Ø rettangolare i = 86 mm/h, per T = 10 anni.
Deflusso al variare di Imp Ø Percentuali di area impermeabile di 0, 10, 40, 70 e 100%. Ø Per ogni calcolo così eseguito la subarea del bacino non coperta da superficie impermeabile è rimasta coperta dal terreno "pre-costruzione" (sabbia, loam o argilla). Argilla T = 5 anni T = 10 anni
Deflusso al variare di Imp Per valori di T contenuti il deflusso non dipende dal tipo di terreno. Ciò perché, per questi valori di T, anche il terreno meno permeabile (argilla) consente l infiltrazione di tutto il volume di pioggia caduto T = 5 anni " = 100 " " 10! " 10 T = 10 anni
Introduzione di BMP Contributo all invarianza idraulica ΔU* ΔU* rappresenta il contributo dato dall'inserimento della BMP al raggiungimento dell'invarianza idraulica. " = " %&' " " %&' " 10!!"#$%&:(() = ) +#, ) = 0!!"#$%&:(() = ) 10 ) = 1!! 10 =!(&'(. = 10%)! U 10 è il valore del coefficiente udometrico rappresentante le condizioni pre-costruzione U max è il valore del coefficiente udometrico post-costruzione in assenza di BMP!(("). = 100%) 010#234567. 83444444444444! "#$ = &!((") = 70%) 567. 834"3:;1 #20#4!!(("). = 40%) 567. 8347#>>#444444444444444
Introduzione di BMP Contributo all invarianza idraulica ΔU* Tenendo conto della permeabilità del terreno pre-costruzione e del livello finale di urbanizzazione, per ogni valore di T (e a parità di ogni altra caratteristica del bacino) sono determinabili 9 differenti valori di ΔU* Terreno bacino Livello urb.ne Totale (Imp.= 100%) Medio-alto (Imp.= 70%) Basso (Imp.= 40%) " = " %&' " " %&' " 10! Sabbioso U max - U 10 U max - U 10 U max - U 10 Con loam U max - U 10 U max - U 10 U max - U 10 Argilloso
Introduzione di BMP Variazione della risposta del bacino all introduzione di: Ø una trincea di 1 m, Ø una pavimentazione in asfalto poroso di 1 m 2, Ø un tetto verde semi-intensivo di 1 m 2
Valutazione invarianza idraulica
Introduzione di BMP ΔU* per una trincea di 1 m in bacini con diverso livello di urbanizzazione.
Introduzione di BMP ΔU* per una pavimentazione drenante in asfalto poroso di 1 m 2 in bacini con diverso livello di urbanizzazione.
Introduzione di BMP ΔU* per un tetto verde semi-intensivo di 1 m 2 in bacini con diverso livello di urbanizzazione.
Come si valuta il costo dell invarianza idraulica Calcolo dei ΔU* Calcolo dell estensione di BMP che comporta l invarianza idraulica Valutazione dei costi per garantire l invarianza idraulica per punto % di DU*
Calcolo estensione BMP per invarianza T = 5 anni T = 10 anni
Costo dell invarianza idraulica Ipotesi riguardo a: q periodo di tempo complessivo di valutazione (15 anni) q vita utile della pratica (15 anni), q dimensioni geometriche, materiali utilizzati e criterio costruttivo della BMP (configurazione trincea, Pavimentazioni in Asfalto Poroso, Tetto Verde semi-intensivo), q tasso di attualizzazione (3%).
Costo dell invarianza idraulica Trincee drenanti WLC per punto % di ΔU* delle Trincee di infiltrazione per T= 5 anni (sopra) e 10 anni (a dx.)
Scenari Il primo numero del codice scenario indica il tempo di ritorno (5 o 10 anni) Terreno 1 sabbia 2 loam 3 argilla q 18 scenari rappresentanti altrettante combinazioni ottimizzate di occupazione di BMP all interno del bacino Livello di urbanizzazione 1 Urb.ne totale 2 Medio-alta urb.ne 3 Bassa urb.ne Ad es. 5.1.3: T=5 anni; terreno sabbioso; bassa urb.ne
Scenari Ogni scenario è caratterizzato da un differente valore di ΔU* per ogni BMP Obiettivo: WLC minimo. Variabili: Ø Estensione di ogni BMP Ø lmpermeabilità "aggiuntiva (oltre l area limite trincea) per evitare che l intero bacino sia occupato da BMP! # Vincoli:!"# 150*+ 2! = 100! $%! "#$ % = 10.000*+ 2! Trincee di 100 m 2
Scenari Scenari per i costi di costruzione Trincea: 1% Pasp: 40.70% Tetti Verdi: 1.50% Imp. tot.: 26.80% Sup. perm.: 30% C.C.: 43,667
Scenari
Confronto fra costi Confrontando il WLC a 15 anni e gli oneri di urbanizzazione si ottengono valori dello stesso ordine di grandezza WLC F 73.427 205.770 /ha Oneri di urb.ne primaria F 104,400 /ha Costi di costruzione per scenari di BMP F 36,000 53,000 /ha Costi di costruzione vasca di laminazione F 25,000 15,000 /ha
Conclusioni (1/2) Un approccio al tema dell'invarianza idraulica nelle trasformazioni urbanistiche per scelte relative a sistemi di drenaggio urbano sostenibili. Si punta ad ottenere ciò attraverso l uso di BMP perché: Ø più sostenibili sotto l'aspetto ambientale Ø più facili da inserire in aree nelle quali la disponibilità di spazio libero costituisce un fattore critico.
Conclusioni (2/2) Notevole disomogeneità dei termini di raffronto, soprattutto per via dell assenza di uno schema costruttivo e di procedure di riferimento Opportunità di effettuare valutazioni economiche sulla base di procedure di calcolo e schemi progettuali quanto più possibile condivisi.