università degli studi di bologna - core · 2013-07-15 · università degli studi di bologna...
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Università degli Studi di Bologna
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Civile Indirizzo Idraulica
Insegnamento di Tecnica dei Lavori Idraulici LS
SIMULAZIONE QUALI−QUANTITATIVA DELLA RETE FOGNARIA DELLA CITTÁ DI MODENA E DIMENSIONAMENTO DI INVASI PER LA MITIGAZIONE
DELL’ IMPATTO DEGLI SCARICATORI DI PIENA
Tesi di Laurea di: Relatore:
Alberto BARTOLI Chiar.mo Prof. Ing. Sandro ARTINA
Correlatori:
Dott. Ing. Marco MAGLIONICO
Dott. Ing. Roberto GASPARETTO
Dott. Ing. Massimo BORGHI
Sessione III
Anno Accademico 2006-2007
Ai miei genitori e ai miei nonni
PAROLE CHIAVE:
Modena
Modelli di drenaggio urbano
Vasche di prima pioggia
Scaricatori di piena
InfoWorks
Indice.
Introduzione. 1
Capitolo 1 Effetti dell’urbanizzazione sui deflussi meteorici 5
1.1 L’incremento del deflusso superficiale ed il suo decremento qualitativo 5
1.2 La qualità delle acque meteoriche di dilavamento 8
1.3 Le fonti di inquinamento ed il fenomeno del “build-up” 11
1.3.1 Il traffico veicolare 12
1.3.2 L’atmosfera 14
1.3.3 Le superfici a tetto 15
1.4 Il fenomeno del “first flush” ed il “wash-off” 17
1.5 Gli effetti della pulizia delle strade eseguita con mezzi meccanici 18
Capitolo 2 Il controllo delle acque meteoriche di dilavamento 22
2.1 Il sistema di drenaggio unitario o a rete separata 23
2.2 I sistemi di controllo degli scarichi 25
2.2.1 Il controllo ambientale degli scarichi 26
2.3 Nuovi sistemi di controllo quali-quantitativo delle acque meteoriche urbane a monte delle reti fognarie 35
Capitolo 3 I modelli numerici di simulazione quali-quantitativa 39
Premessa 39
3.1 La classificazione dei modelli di drenaggio urbano 40
3.1.1 Classificazione in dipendenza dello scopo del modello 40
3.1.2 Classificazione in base alla trasformazione afflussi-deflussi 41
3.1.3 Classificazione in base alla variabilità spaziale delle grandezze 42
3.1.4 Classificazione in base alla impostazione teorica 43
3.1.5 Classificazione in funzione di linearità e stazionarietà 43
3.1.6 Classificazione in funzione della completezza del modello 44
3.1.7 Classificazione in base al periodo simulato 44
3.1.8 Classificazione in base ai risultati forniti 45
3.2 I modelli di qualità nei deflussi urbani 46
3.2.1 I modelli deterministi fisicamente basati 47
3.3 InfoWorks CS 8.05 51
Capitolo 4 L’idrografia modenese fra il Fiume Secchia e il Fiume Panaro 60
Premessa 60
4.1 L’evoluzione storica della rete scolante modenese 61
4.1.1 La Palude a sud di Modena 61
4.1.2 Le prime proposte di risanamento igienico della città 64
4.1.3 Il risanamento igienico della città nel ‘900 66
4.2 I bacini fra Secchia e Panaro ed il reticolo idrografico superficiale 68
Capitolo 5 Il modello numerico della rete fognaria della città di Modena 76
5.1 La rete di drenaggio della città 76
5.1.1 I Macro Bacini di drenaggio 81
5.1.2 Gli scaricatori di piena principali della rete 82
5.2 Calibrazione di tempo asciutto 88
5.3 Analisi di sensitività dei parametri idrologici 91
Premessa 91
5.3.1 La scelta dei parametri per l’analisi quantitativa 93
5.4 Calibrazione e Verifica del modello numerico 100
5.5 Analisi di Sensitività dei parametri qualitativi 108
Capitolo 6 Analisi delle criticità ambientali e dimensionamento di invasi per la mitigazione dell’impatto degli scaricatori di piena 119
Premessa 119
6.1 Confronto fra simulazioni in continuo e simulazioni singole 119
6.2 Gli eventi simulati in continuo 121
6.3 Lo stato attuale della rete 123
6.3.1 I risultati delle simulazioni della serie storica del 2005 124
6.3.2 I risultati delle simulazioni della serie storica del 2006 129
6.3.3 Quadro riassuntivo delle analisi circa lo stato attuale della rete 142
6.4 Dimensionamento ed analisi dell’efficacia di vasche di prima pioggia 143
6.4.1 Risultati delle simulazioni con vasche da 15 [m3/ha] 146
6.4.2 Risultati delle simulazioni con vasche da 25 [m3/ha] 149
6.4.3 Quadro riassuntivo dei risultati delle simulazioni 152
6.5 Abbattimento dei tassi di accumulo 154
Capitolo 7 Analisi delle criticità idrauliche della rete 157
7.1 Criticità idrauliche della rete 157
7.2 Stima del tempo di corrivazione 160
7.3 Risultati delle simulazioni 161
Conclusioni. 165
Bibliografia. 167
Introduzione.
Nel presente lavoro di tesi ci si è occupati dello studio del comportamento idraulico-
ambientale della rete di drenaggio a servizio della città di Modena. In particolare si è
condotta una valutazione dell’effetto che gli scaricatori della rete fognaria in oggetto
hanno sul complesso dei corpi idrici riceventi.
Tale lavoro si prefigge anche lo scopo di individuare e dimensionare i più efficaci
sistemi di controllo degli sversamenti, operati dagli scaricatori stessi, ed infine
supportare analisi costi-benefici in vista della realizzazione delle opere di risanamento
ambientale necessarie per ottemperare ai vincoli imposti dalla vigente normativa
regionale in merito alla gestione delle acque di prima pioggia (Deliberazione G.R.
Emilia Romagna 286/2005).
Lo studio si è articolato in fasi successive:
• analisi dello stato di fatto;
• catalogazione degli scaricatori in esercizio nella rete di drenaggio;
• determinazione ed analisi dei bacini idrografici e delle superfici scolanti;
• implementazione di un modello numerico della rete di drenaggio;
• individuazione e valutazione delle criticità idraulico-ambientali del sistema
L’attività che ha portato al conseguimento dei risultati che sono raccolti in questa “nota”
è stata svolta in collaborazione con la società HERA Modena s.r.l. a cui compete, fra le
altre, la gestione dell’intera rete di drenaggio urbano del Comune di Modena.
La fase di analisi dello stato di fatto e delle superfici scolanti afferenti ai singoli
sottobacini è stata condotta utilizzando lo strumento GIS Arcview; il quale è di
supporto, anche ai fini di un’appropriata definizione delle caratteristiche specifiche del
territorio.
Lo studio è stato sviluppato mediante la realizzazione di un modello numerico di
simulazione quali-quantitativa con l’ausilio del software InfoWorks CS 8.05, distribuito
dalla Wallingford Software Ltd UK; messo gentilmente a disposizione dalla società
HERA Modena s.r.l. Tale software è un modello fisicamente basato che restituisce
l’andamento nel tempo sia delle grandezze idrauliche (livelli idrici e portate) sia delle
grandezze qualitative (concentrazione e portate solide degli inquinanti) in ogni condotto
1
della rete; capace inoltre di gestire le informazioni geometriche e cartografiche ricavate
da Arcview.
Il primo capitolo contiene una descrizione iniziale degli effetti che l’antropizzazione del
suolo produce sui deflussi e più in generale sulle caratteristiche naturali del territorio;
successivamente illustra specificatamente le caratteristiche qualitative delle acque di
pioggia che interessano i bacini urbani e le fonti che ne condizionano le proprietà
originarie. Nel secondo capitolo vengono esaminati le diverse opportunità e strumenti
per eseguire un controllo sui deflussi urbani sia dal punto di vista quantitativo che da
quello qualitativo.
Nel terzo capitolo viene proposta inizialmente una classificazione ed una descrizione
delle diverse tipologie di modelli numerici e successivamente si pone l’attenzione sui
modelli di simulazione qualitativa dei deflussi, descrivendo le caratteristiche di quello
adottato per l’ottenimento dei risultati, richiamando anche le relazioni numeriche che
sono alla base delle schematizzazioni dei processi idraulici, idrologici e qualitativi che
hanno luogo nel sistema di drenaggio e nei bacini ad esso afferenti.
Il quarto capitolo presenta una descrizione del territorio in cui è inserito il sistema
oggetto dello studio, con particolare riferimento alle interazioni che questo ha in
generale, ma nel caso della città di Modena in particolare, con l’idrografia circostante.
Vengono qui esaminati i corsi d’acqua principali presenti nel territorio compreso fra il
Fiume Secchia e il Fiume Panaro, i loro bacini e sottobacini idrografici che in differente
misura sono in relazione con quello proprio dell’area urbana della città di Modena.
Il quinto capitolo è incentrato sul modello numerico di simulazione: nella prima parte
sono spiegate in maniera sintetica le procedure seguite per la schematizzazione della
rete di drenaggio e dei manufatti presenti in essa; la seconda parte è dedicata alla
delicata fase di analisi di sensitività dei parametri quantitativi e qualitativi alla base
delle relazioni di calcolo e alla calibrazione idraulica del modello, svolta con grande
attenzione e scrupolo.
Il sesto capitolo contiene la descrizione delle simulazioni qualitative svolte sul sistema
di drenaggio, condotte per valutare il reale e globale impatto che questa ha, attraverso
gli scaricatori di piena, sui corpi idrici ricettori. Vengono quindi presentati gli esiti delle
simulazioni in continuo, realizzate sulla base delle serie storiche pluviometriche
registrate negli anni 2005 e 2006 a Modena dal pluviometro posto in Piazza Roma e
2
disponibili con intervalli di registrazione pari a cinque minuti, che hanno consentito di
determinare le soluzioni più efficaci per la mitigazione delle criticità ambientali rilevate.
Il settimo capitolo conclude il lavoro di Tesi presentando i risultati ottenuti dalle
simulazioni svolte con l’intento di individuare le criticità idrauliche della rete
associandole a determinati tempi di ritorno.
3
4
Capitolo 1.
Effetti dell’urbanizzazione sui deflussi meteorici
L’alterazione dell’ambiente naturale è la diretta conseguenza dell’uso improprio,
eccessivo ed irreversibile delle risorse fondamentali a disposizione dell’uomo che ha
portato, contestualmente ad un loro sensibile inquinamento (decremento qualitativo) e
depauperamento (decremento quantitativo).
Nell’ultimo cinquantennio l’impatto più rilevante lo ha assunto l’impermeabilizzazione
continua delle aree urbane, ove maggiormente si è manifestata l’alterazione del
paesaggio, inteso come “ecosistema” naturale (suolo, acqua, aria, fauna e vegetazione),
ed il suo radicale rimodellamento in forme artificiali.
1.1 L’incremento del deflusso superficiale ed il suo decremento qualitativo
Nelle aree urbane, la concentrazione di residenze, di infrastrutture e di industrie nelle
zone periferiche circostanti, ha fatto emergere non pochi problemi connessi con il
drenaggio delle acque meteoriche di dilavamento.
In particolare, si possono avere gravi conseguenze sia idraulico-quantitative che
ambientali-qualitative, che vanno dall’insufficienza delle reti di fognatura esistenti e dei
corsi d’acqua recettori, alla necessità di trattare la frazione più inquinata delle acque
meteoriche e di ridurre i volumi idrici ed i carichi inquinanti sversati attraverso gli
scaricatori di piena.
Sul naturale reticolo idrografico, l’urbanizzazione produce, essenzialmente, tre tipi di
alterazioni:
• La ridotta attività vegetazionale (evapotraspirazione), la minore infiltrazione delle
acque meteoriche nel sottosuolo ed i contemporanei diffusi prelievi d’acqua da
esso, condizionano in modo sostanziale il “bilancio idrologico”, determinando una
riduzione della ricarica della falda;
5
• Il livellamento delle depressioni naturali e la maggiore impermeabilizzazione delle
superfici, unita alla consequenziale maggiore velocità degli afflussi superficiali (⇑
coefficiente d’afflusso ϕ), in tempo di pioggia, aumentano le portate idrauliche per
unità di superficie trasformata (⇑ coefficiente udometrico υ), in emissione ai corpi
recettori finali, aggravando i problemi connessi con le esondazioni e la stabilità dei
suoli;
• La quantità e l’inquinamento delle acque meteoriche di dilavamento, che
interessano gli agglomerati urbani, sempre maggiori rispetto alle circostanti aree
rurali, ha ormai assunto un’importanza analoga, per il trattamento, a quella delle
acque reflue in scarico dagli stessi.
Figura 1.1 - Impatto dell’urbanizzazione sul ciclo dell’acqua [EPA 841-B-05-004, 2005]
Nell’ambito del processo di dilavamento operato dalle acque meteoriche particolare
rilevanza assumono le cosiddette acque di prima pioggia: esse sono costituite dal
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volume d’acqua meteorica di scorrimento, defluito nei primi minuti di precipitazione e
caratterizzato da elevate concentrazioni di sostanze inquinanti.
L’analisi delle acque di prima pioggia in ambito urbano e in bacini naturali antropizzati
è da tempo considerata di primaria importanza, non solo per il controllo dei fenomeni di
natura idrologica e idraulica generati in tempo di pioggia, che possono provocare danni
a persone e cose, ma anche per il contributo che tali fenomeni possono dare al
peggioramento delle caratteristiche di qualità dei corpi ricettori; esso può avvenire sia
mediante lo sversamento diretto dei carichi inquinanti attraverso le fognature bianche
delle reti a sistema separato e gli scaricatori di piena di quelle a sistema unitario, sia col
peggioramento, seppure temporaneo delle prestazioni degli impianti di depurazione a
servizio di queste ultime e il conseguente aumento dei carichi anche di origine
domestica avviati allo scarico (P. Calabrò, G. La Loggia).
Numerosi studi sono stati condotti sulle caratteristiche di qualità delle acque di pioggia,
finalizzati all’identificazione delle loro caratteristiche fondamentali (definizione delle
perdite idrologiche, trasformazione afflussi-deflussi, propagazione dei deflussi sulle
superfici dilavate e all’interno della rete fognaria, etc.); i risultati così ottenuti
consentono di avere un quadro sufficientemente chiaro e generalizzabile sui fenomeni
indagati e sui metodi adottabili per la previsione degli eventi di pioggia da utilizzare per
il progetto delle opere idrauliche, finalizzate al controllo dei fenomeni di piena in
ambito urbano (Zoppou, 2001).
Più di recente si è invece sviluppata la ricerca sulle caratteristiche di qualità delle acque
di pioggia e sul contributo dato da queste all’inquinamento dei corpi idrici. Solamente a
partire dagli anni ’80, si è infatti riconosciuto che gli interventi di risanamento possono
risultare monchi e inefficaci, se limitati solo alla riduzione del carico inquinante
prodotto dalle acque nere, mediante il loro drenaggio e trattamento.
Le ricerche condotte sulla definizione delle caratteristiche di qualità delle acque di
pioggia, peraltro ormai numerose, mettono ancora più in evidenza l’indiscusso
contributo dato dalle acque di origine meteorica, all’inquinamento dei corpi idrici
ricettori ed evidenziano la necessità di sviluppare ulteriormente la sperimentazione in
tale settore. Tali problematiche sono in questi ultimi anni particolarmente sentite anche
a livello europeo, grazie all’emanazione di specifiche normative a livello europeo
(Direttiva UE 200/60) a livello nazionale (D.lgs. 152/99) e a livello regionale
7
(Deliberazione G.R. Emilia Romagna 286/2005; Deliberazione G.R. Emilia Romagna
1860/2006).
1.2 La qualità delle acque meteoriche di dilavamento
L’inquinamento associato alle acque di scorrimento superficiale delle acque urbanizzate
è ormai riconosciuto come una delle maggiori cause dell’alterazione della qualità dei
corpi idrici ricettori. Nelle aree urbane, infatti, le acque meteoriche dilavano un
miscuglio eterogeneo di sostanze disciolte, colloidali e sospese, che comprendono
metalli, composti organici e inorganici. Una parte rilevante del carico inquinante delle
acque di pioggia proviene dall’atmosfera, le cui caratteristiche di inquinamento sono a
loro volta funzione delle emissioni gassose industriali e civili, del traffico veicolare e
delle particelle trasportate dagli agenti atmosferici. In particolare il carico inquinante di
origine atmosferica riguarda principalmente i composti disciolti ( solidi disciolti,
cloruri, sodio).
Durante gli eventi di pioggia, inoltre, l’acqua meteorica di scorrimento opera il
dilavamento delle superfici urbane asfaltate causando il trasporto in fognatura di
sostanze inquinanti tra le quali, principalmente, solidi sedimentabili (organici o
inorganici), elementi nutritivi, batteri, olii e grassi e metalli pesanti, imputabili
essenzialmente al traffico veicolare e ad attività antropiche associate. Recentemente è
stato dimostrato come anche il dilavamento delle superfici a tetto, rappresenti una fonte
di inquinamento considerevole: la presenza di elevate concentrazioni di metalli pesanti
in forma disciolta, in particolare Zn, Cd (costituente dei prodotti dello zinco) Cu e Pb,
nelle acque di scolo, provenienti dalle superfici a tetto è imputabile alla corrosione di
superfici metalliche utilizzate come materiale di copertura e per la realizzazione di
grondaie ed infissi.
Il fenomeno che determina il dilavamento ed il trasporto della maggior quantità di
carico inquinante, operato dal primo volume di acqua ruscellata è noto, nella
terminologia anglosassone con il nome di first flush.
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Il carico inquinante, movimentato dai fenomeni di dilavamento, è influenzato dalla
qualità dell’atmosfera, dall’uso del suolo dalla composizione e dalle condizioni della
superficie stradale.
Si possono distinguere in ambiente antropizzato due tipologie di sorgenti di inquinanti:
sorgenti puntuali, come piazzali di siti produttivi, o sorgenti diffuse, come le strade ed i
tetti che costituiscono un’elevata percentuale della copertura dei bacini urbani.
Figura 1.2 – L’inquinamento dei deflussi meteorici (G. Becciu, 2007)
In particolare, l’origine delle sostanze depositate sulle superfici delle aree antropizzate è
quanto mai varia: attività domestiche quotidiane (discariche abusive, deposizioni fecali
di animali, grassi, tensioattivi); attività collegate al traffico veicolare (idrocarburi,
sottoprodotti della combustione di carburanti, metalli rilasciati in seguito a fenomeni di
corrosione, usura dei pneumetici); attività riguardanti siti in costruzione (polveri, solidi
sedimentabili derivanti da fenomeni erosivi); attività svolte in siti produttivi
(demolizioni auto, distributori di carburante, autolavaggi).
Durante i periodi di tempo secco (assenza di precipitazioni) tali sostanze inquinanti si
accumulano sulla superficie dei bacini di drenaggio; il fenomeno è attenuato solamente
per effetto della rimozione naturale dovuta al traffico veicolare o al vento, oppure
ancora dalla rimozione diretta operata dai mezzi di pulizia delle strade.
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Tuttavia, la mancanza di una definizione univoca in termini quantitativi del fenomeno
del first flush, comporta un’oggettiva difficoltà nella caratterizzazione delle acque di
prima pioggia, sulla base di parametri tecnicamente rappresentativi. La mancata
caratterizzazione e determinazione dei volumi interessati da tale fenomeno, rende
particolarmente difficoltoso il corretto dimensionamento delle strutture atte a contenerli
e trattarli adeguatamente.
Nell’ambito della gestione dei sistemi di drenaggio urbano, l’interesse della ricerca si è
pertanto indirizzato, in primo luogo, alla caratterizzazione delle acque di prima pioggia
e successivamente ai possibili interventi (compatibili con i sistemi di drenaggio
esistenti) per mitigarne l’impatto sui corpi idrici ricettori.
In questo ambito negli ultimi decenni si sono susseguiti una serie di studi volti
all’analisi dei processi di accumulo e trasporto di inquinanti, dalle aree antropizzate alla
rete di drenaggio e la corpo ricettore. In particolare è stata indagata la porzione di acque
di ruscellamento associata ai primi istanti dell’evento meteorico e considerata quindi
maggiormente inquinante.
La caratterizzazione delle acque di dilavamento di superfici antropizzate attraverso
campagne di monitoraggio è divenuta, in questo contesto, strumento indispensabile per
individuare l’effettivo volume di acque di prima pioggia che necessitano di captazione e
trattamento. La predisposizione ed installazione di siti pilota di monitoraggio quali-
quantitativo, è essenziale per poter sviluppare modellistiche di trasporto di inquinanti
per la valutazione di diversi scenari di risposta del sistema di drenaggio e corpo idrico
ricettore a eventi pluviometrici. I siti sperimentali indagati negli studi ad oggi condotti,
riguardano per lo più aree urbane o superfici autostradali, cioè quelle che possono essere
considerate sorgenti di inquinamento diffuse. Nella tabella 1.1 presentata di seguito
sono riportati gli intervalli di concentrazione dei più comuni parametri inquinanti
riscontrati durante campagne di campionamento condotte in Europa, negli Stati Uniti e
in Australia.
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CONCENTRAZIONE MEDIA PER EVENTO (mg/l) SST BOD5 COD NH4 Pb Sistema fognario pluviale 21 - 582 7 - 22 33 - 265 0.2 - 4.6 0.03 - 3.1 Scaricatore di piena di un sistema fognario unitario 237 - 635 43 - 95 120 - 560 2.9 - 4.9 0.15 - 2.9
Autostrade 28 - 1178 12 - 32 128 - 171 0.02 - 2.1 0.15 Tetti 12 - 216 3 - 8 58 - 81 0.4 - 3.8 2.9 Cunette stradali 15 - 840 7 - 241 25 - 109 0.7 - 1.4 0.001 - 0.03Zona residenziale 112 - 1104 7 - 56 37 - 120 0.3 - 3.3 0.06 - 0.85 Zona commerciale 230 - 1894 5 - 17 74 - 160 0.03 - 5.1 0.09 - 0.44 Industrie 45 - 375 8 - 12 40 - 70 0.2 - 1.1 0.1 - 0.4
Limiti fissati da D.Lgs. 152/1999 Scarico in acque superficiali: acque reflue urbane ≤ 35 ≤ 25 ≤ 125 - -
Scarico in acque superficiali: acque reflue industriali ≤ 80 ≤ 40 ≤ 160 ≤ 15 ≤ 0.2
Scarico sul suolo ≤ 25 ≤ 20 ≤ 100 - ≤ 0.1 Tabella 1.1 - Intervalli di concentrazione di inquinanti nelle acque di dilavamento di superfici a
diversa destinazione [Ellis, 1985] e confronto con i limiti previsti dal D.Lgs. 152/1999
1.3 Le fonti di inquinamento ed il fenomeno del “buildup”
Nelle aree urbane, l’acqua di scorrimento superficiale dilava sostanze disciolte, sospese,
metalli pesanti, composti organici ed inorganici. In generale la superficie stradale
rappresenta la variabile principale che influenza la quantità e la qualità delle acque di
scolo; ciò è dovuto al fatto che:
• per precipitazioni con basse intensità le superfici stradali rappresentano il
maggior contributo di acqua di ruscellamento.
• molti degli inquinanti trasportati dalle acque di scorrimento, sono imputabili al
traffico veicolare o ad attività antropiche associate.
Tuttavia, oltre al traffico veicolare, si possono identificare ulteriori sorgenti significative
quali polveri o altre sostanze che si depositano sulle superfici stradali o a tetto durante i
periodi di tempo asciutto e sostanze dilavate dall’atmosfera durante gli eventi di
precipitazione.
Una prima indicazione sulla quantità di sostanze inquinanti presenti sui nostri bacini
antropizzati, la si può determinare facendo riferimento ai tassi di accumulo di materiale
solido, riportati in tabella 1.2, a cui per altro si associano la maggior parte di sostanze
inquinanti, ottenuti in funzione dell’uso del suolo specifico di ciascuna area urbana.
11
Uso del suolo Accumulo [kg/ha⋅giorno] Zone residenziali densamente abitate 10÷25 Zone residenziali scarsamente abitate 5÷6
Zone commerciali 15 Zone industriali 35
Tabella 1.2 - Coefficienti di accumulo del materiale solido sulla superficie stradale in funzione dei vari tipi di urbanizzazione [Alley, 1981]
1.3.1 Il traffico veicolare
I veicoli costituiscono una fonte diretta e indiretta di inquinamento. Come fonte diretta
(Tabella 1.3), i veicoli contribuiscono all’accumulo di carico inquinante attraverso i
prodotti della combustione (monossido di carbonio, ossidi di azoto), l’usura delle
guarnizioni dei freni e della frizione e delle altre parti meccaniche in movimento; la
composizione e la quantità di particolato emesso dagli scarichi delle auto dipendono da
molteplici fattori tra cui il tipo di combustibile e l’età del veicolo. E’ stato valutato che
circa il 65% degli idrocarburi derivano da processi di evaporazione che interessano il
carburatore e la coppa dell’olio, mentre l’usura delle parti meccaniche in movimento e
la corrosione della carrozzeria comporta principalmente il rilascio di metalli pesanti.
Ulteriori cause dirette sono imputabili alla perdita di liquidi lubrificanti, olii e grassi del
motore. L’usura dei pneumatici causa la presenza di ossidi di zinco, cadmio e composti
della gomma.
Indirettamente invece, il traffico veicolare è tra le cause che provocano l’erosione dei
manti stradali e il trasporto di sedimenti da aree di parcheggio strade urbane, siti in
costruzione; circa il 95% dei solidi dilavati dalla pioggia hanno, infatti, origini differenti
e sono trasportati sulle superfici stradali ad opera degli stessi veicoli.
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Inquinante Fonte primaria
Solidi Usura del manto stradale, veicoli, attività di manutenzione
Azoto Utilizzo di fertilizzanti nelle aree verdi stradali
Fosforo Utilizzo di fertilizzanti nelle aree verdi stradali
Piombo Scarichi delle auto, usura dei pneumatici, oli e grassi lubrificanti, usura dei cuscinetti
Zinco Usura dei pneumatici, oli e grassi del motore
Ferro Ruggine dei veicoli, strutture stradali in acciaio, parti meccaniche in movimento
Rame Corrosione della carrozzeria, usura dei cuscinetti e delle spazzole, parti meccaniche in movimento, fungicidi, insetticidi, pesticidi
Cadmio Usura dei pneumatici, pesticidi
Cromo Corrosione della carrozzeria, parti meccaniche in movimento, usura del rivestimento dei freni
Nichel Scarico del diesel e della benzina, oli lubrificanti, corrosione della carrozzeria, usura dei freni, usura del rivestimento dei freni, superfici asfaltate
Manganese Parti meccaniche in movimento, scarichi delle auto
Cianuro Composti anti-gelo
Cloruro di Sodio/Calcio Sali anti-gelo
Solfati Superfici stradali, benzine, sali sgelanti
Idrocarburi Perdite di lubrificanti, fluidi anti-gelo e idraulici, lisciviazione attraverso superfici asfaltate
PCB Catalizzatori PCB in pneumatici sintetici, spray per segnaletica stradale
PAH Lisciviazione attraverso superfici asfaltate
Tabella 1.3 – Inquinanti presenti sulle strade e rispettive fonti (Ball et al., 1998).
La quantificazione dei contributi diretti all’inquinamento diffuso, imputabili al traffico
veicolare, non risulta certamente semplice, numerose ricerche si sono susseguite negli
anni e gli esiti di una di queste, che tuttora rappresenta una fonte autorevole in materia è
quella realizzata negli Stati Uniti, più precisamente nella città di Washington da D. G.
Shaheen nel 1975 di cui si riportano nella tabella xxx i risultati più significativi:
Solidi organici 5.1 BOD 0.23 COD 5.4 Oli 0.64 Fosforo totale 0.06 Piombo 1.2
Tabella 1.4 - Percentuali in massa dei solidi totali degli inquinanti dovuti al traffico veicolare [D. G. Shaheen, 1975]
13
Occorre inoltre osservare che nei pressi del marciapiede e all’interno di una fascia larga
un metro, può accumularsi una quantità di sedimenti pari a circa il 95% del valore totale
presente sulla sede stradale (Tabella 1.5)
Accumulo di solidi [gr/mmarciapiede al giorno]
Caratteristiche della zona (a) (b)
Residenziali-bassa densità 10,4 48
Residenziali-alta densità 34,2 66
Commerciali 49,1 69
Industriali 68,4 127
Tabella 1.5 – Solidi accumulati lungo il marciapiede secondo (a) APWAW, Washington; (b) Sartor J.D., Boyd G.B., Agardy F.J.
1.3.2 L’atmosfera
Una parte rilevante del carico inquinante delle acque di dilavamento proviene
dall’atmosfera, le cui caratteristiche di inquinamento sono a loro volta funzione delle
emissioni gassose industriali e civili, del traffico veicolare e delle particelle trasportate
dagli agenti atmosferici. Durante i periodi di tempo secco si verifica, infatti, il deposito
di polveri presenti in atmosfera, mentre durante gli eventi di precipitazione avviene il
dilavamento del particolato atmosferico o di altre sostanze inquinanti preesenti in
atmosfera. In particolare il carico inquinante di origine atmosferica riguarda
principalmente i composti disciolti (solidi disciolti, cloruri, sodio). In una ricerca
condotta da Bellinger nel 1982 su 11 eventi monitorati in media circa il 2% dei
composti ionici (quali Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, So42-) e il dieci percento dei solidi
sospesi (rispetto al carico totale delle acque di dilavamento) provenivano
dall’atmosfera. Per ogni evento i valori erano tuttavia estremamente variabili con punte
del 78% per i costituenti ionici e del 48% per i solidi sospesi. Infine la pioggia
rappresenta il mezzo attraverso cui il particolato, originato dagli scarichi veicolari si
rideposita a terra. Tramite il monitoraggio di campioni di pioggia (prelevati prima del
contatto con la superficie) è stato verificato che la qualità delle acque meteoriche
potrebbe influenzare significativamente le concentrazioni di Fosforo e Azoto totali,
presenti nelle acque di scolo, (come illustrato in Tabella 1.6)
14
Inquinante Deposizione causata dalla pioggia [mg/l]
Solidi Sospesi 5-70
COD 8-27
Solfati 5-46
Fosforo totale 0,02-0,37
Azoto nitrico 0,5-0,4,5
Piombo 0,03-0,12
Zinco 0,05-0,38
Tabella 1.6 - Deposizione di inquinanti causata da pioggia e neve (da Bazzurro et al., 2000)
1.3.3 Le superfici a tetto
Negli anni ‘90 è stato evidenziato come il dilavamento delle superfici a tetto rappresenti
una fonte di inquinamento considerevole (Chang e Crowley, 1993; Foster 1996).
Negli scorsi decenni, infatti, lamiere zincate e fogli di rame sono stati comunemente
utilizzati sia come materiale di copertura sia per la realizzazione di pluviali (ad esempio
l’ 80% dei tetti di Parigi sono coperti con lamiere di zinco).
Qualsiasi metallo esposto agli agenti atmosferici è soggetto a un processo di corrosione;
la composizione e la natura dei prodotti di corrosione che si formano sugli strati
superficiali, dipendono principalmente dalle condizioni ambientali in termini di unidità,
temperatura, deposizione di particolato atmosferico e inquinanti gassosi, quali biossido
di zolfo, SO2, ossidi di azoto, NOx, ozono, O3, acido cloridrico, HCl, cloruro di sodio,
NaCl e solfato di ammonio, (NH4) 2SO4.
La presenza di elevate concentrazioni di metalli pesanti, in particolare Zn, Cd,
(costituente dei prodotti dello zinco) Cu e Pb, nelle acque di scolo provenienti dalle
superfici a tetto sono quindi imputabili al materiale di copertura, alle grondaie e ai telai
delle finestre. Tali inquinanti, presenti in forma disciolta, se direttamente scaricati,
possono avere effetti tossici sui corpi idrici naturali, inoltre costituiscono una potenziale
fonte di contaminazione del terreno, attraverso locali infiltrazioni.
Inquinanti quali COD, composti organici, metalli pesanti ed elementi nutritivi, possono
legarsi attraverso processi di adsorbimento/assorbimento (Hogland et al., 1984) alle
15
particelle solide, che rappresentano così uno dei principali veicoli di trasporto degli
inquinanti.
In generale, i solidi sospesi sono quindi ritenuti un buon indicatore per la stima del
carico inquinante.
Fonte principale di tali solidi è rappresentato dall’erosione del manto stradale, che
genera circa il 40-59% dei solidi totali con caratteristiche granulometriche
estremamente differenti, che si estendono da valori inferiori al mμ sino ad oltre 104
mμ e con valore di peso specifico variabili tra 1,8 e 5,0 g/cm3; l’abrasione dei
pneumatici, invece, genera circa il 20-30% del materiale solido con particelle di
diametro inferiore ai 20 mμ e peso specifico tra 1,5-1,8 g/cm3.
E’ stato evidenziato che le caratteristiche granulometriche e la massa del particolato
rivestono un ruolo significativo nella distribuzione e nei processi di trasporto di
inquinanti quali i metalli pesanti.
Diverse ricerche (Thomson et al., 1997) infatti sono state svolte allo scopo di
individuare quali tra solidi sospesi (TSS), solidi volatili (VSS) e solidi disciolti totali
(TDS) risultassero gli indicatori maggiormente rappresentativi del carico inquinante.
Alcuni ricercatori (Sansalone et al., 1995) hanno invece studiato la distribuzione della
concentrazione dei metalli, rispetto alla dimensione delle particelle.
In passato gli studi sperimentali condotti in tale direzione, indicavano come le più
elevate concentrazione di metalli, in fase aggregata, fossero associabili alle particelle
più fini. Relativamente alla concentrazione tali correlazioni risultano corrette, ma sono
state causa di erronee interpretazioni, che hanno portato ad affermare che la
maggioranza dei metalli pesanti, in termini di massa, è presente sulle particelle più fini,
senza nessuna considerazione granulometrica. Includendo la valutazione di parametri
quali la curva di distribuzione granulometrica, PSDs, la superficie, SA e la superficie
specifica delle particelle, SSA, è stato recentemente dimostrato che la massa totale dei
metalli pesanti è prevalentemente associata con particelle medio-grossolane di origine
inorganica (valore del peso specifico intorno ai 2,65 g/cm3) e che la sua distribuzione è
fortemente correlata all’area superficiale delle particelle.
Per quanto riguarda la concentrazione di BOD5 e COD, è stata verificata una stretta
correlazione con i solidi totali in sospensione.
16
1.4 Il fenomeno del “first flush” ed il “washoff”
Il fenomeno del first flush, inteso come la prima parte del volume delle acque di scolo
contenente la maggior parte del carico inquinante che viene dilavato durante un evento
di precipitazione, è stato ed è tutt’oggi oggetto di studi. Molti autori hanno individuato
l’occorrenza del first flush, in corrispondenza del verificarsi di un picco di
concentrazione nella fase iniziale di un evento meteorico. Il volume di acqua di prima
pioggia considerato corrisponderebbe quindi al volume defluito, fino al momento in cui
si verifica il picco di concentrazione.
Per stabilire quali tra le caratteristiche idrologiche, climatiche, morfologiche del bacino
e del sistema fognario, influenzino il processo sono state fornite diverse ipotesi.
In Tabella 1.7 sono evidenziati i principali fattori ritenuti determinati per il verificarsi
del fenomeno del first flush.
Fattori idrologici − Durata dell’ evento piovoso
− Altezza di pioggia
− Intensità di pioggia
− Forma dell’idrogramma
− Volume di acqua di scorrimento superficiale
Fattori climatici − Periodo di tempo secco antecedente
− Intensità delle piogge antecedenti
− Periodo dell’anno
− Temperatura
Caratteristiche del bacino − Area
− Pendenza
− Forma
− Utilizzo del suolo/tipo superficie
Caratteristiche della rete fognaria − Tipologia (mista/separata)
− Struttura (dimensioni, pendenza)
Altri fattori − Densità di traffico
− Qualità delle acque di pioggia
Tabella 1.7 – Fattori che influenzano il fenomeno del first flush (L.G. Lanza, 2003)
I primi approcci scientifici, svolti a partire dalla metà degli anni '90, hanno dimostrato
che in sistemi fognari unitari, l’entità del carico inquinante (in particolare solidi sospesi)
17
nel first flush, è influenzato quasi equamente dal periodo antecedente di tempo asciutto,
dal picco di intensità e dalla durata della precipitazione. Ulteriori sviluppi della ricerca
hanno consentito di approfondire maggiormente il processo del washoff e da questi è
emerso, come invece siano: il periodo antecedente di tempo secco e l’intensità di
pioggia ad influenzare in maniera significativa l’occorrenza e l’entità del first flush.
Il primo influenza principalmente il processo di deposizione di tali inquinati sul manto
stradale, sui tetti, e nella rete fognaria; il secondo invece caratterizza il processo di
dilavamento.
1.5 Gli effetti della pulizia delle strade eseguita con mezzi meccanici
Ogni qualvolta vengono effettuate operazioni di pulizia della sede stradale, una parte del
materiale solido accumulatosi durante i giorni secchi precedenti viene rimosso. La
pulizia può essere effettuata mediante lavaggio con autobotti oppure utilizzando
macchine spazzatrici (figura 1.3), provviste di due spazzole che ruotano in direzione
opposta e convogliano il materiale raccolto in direzione della bocca di aspirazione; degli
ugelli, posizionati lateralmente alle spazzole, spruzzano acqua, permettendo così al
materiale aspirato di amalgamarsi e alla polvere di non essere risoffiata all’esterno.
Figura 1.3 - Esempi di spazzatrici utilizzate per la pulizia della superficie stradale
Vari studi hanno mostrato come le operazioni di pulizia presentino una buona efficienza
nella rimozione del materiale di diametro superiore al millimetro, ma con maggiore
difficoltà riescono a rimuovere il particolato di dimensioni minori: per materiale di
18
dimensioni inferiori a 43 µm solo il 15 % circa del materiale viene raccolto, mentre per
quello con dimensione minore a 246 µm ne rimane a terra il 52%.
Dimensioni delleparticelle (µm)
Efficacia di rimozione (%)
0 - 40 16 40 - 100 0
100 - 250 48 250 - 850 60 850 - 2000 67
> 2000 79 Tabella 1.8 - Tassi di rimozione caratteristici delle operazioni di pulizia
[Sartor, Boyd, 1972; Pitt, 1979 e 1985]
Il problema si aggrava se si considera che, come già sottolineato in precedenza, la parte
maggiore del potenziale inquinante è associata alla frazione più fine dei sedimenti solidi
accumulati sulla superficie stradale. Queste particelle sono anche le più pericolose
perché possono contaminare molto più facilmente le acque di drenaggio in quanto, per
la loro stessa natura, si aggregano fra loro per poi cementarsi.
Si riportano in tabella le efficienze di rimozione di diversi mezzi di pulizia, in funzione
del tipo di inquinante asportato [Clark e Cobbins, 1963; Sartor et al., 1972; Pitt, 1979].
Programmi di pulizia al variare delle condizioni di accumulo
Solidi BOD5 COD Pesticidi Pb PO4
Spazzatrice ad aspirazione - solidi totali: 5-50 g/m 1 passaggio 31 24 16 33 40 8 2 passaggi 45 35 22 50 59 12 3 passaggi 53 41 27 59 70 14 Spazzatrice ad aspirazione - solidi totali: 50-280 g/m 1 passaggio 37 29 21 40 49 12 2 passaggi 51 42 29 59 68 17 3 passaggi 58 47 35 67 76 20 Spazzatrice ad aspirazione - solidi totali: 50-500 g/m 1 passaggio 48 38 33 57 62 20 2 passaggi 60 50 42 72 79 25 3 passaggi 63 52 44 75 83 26
Programmi di pulizia al variare delle condizioni di accumulo
Solidi BOD5 COD Pesticidi Pb PO4
Autobotte per innaffiamento
30 * * * * *
Spazzatrici dopo un passaggio con autobotte
80 ** ** ** ** **
* stimato 15-40 %; ** stimato 35-100 % Tabella 1.9 - Efficienza dei mezzi meccanici di pulizia
[Clark e Cobbins, 1963; Sartor et al., 1972; Pitt, 1979]
19
Nonostante la scarsa efficienza dei mezzi di pulizia, comunque, un adeguato programma
di pulizia in tempo secco è in grado di eliminare notevoli quantità di inquinanti che
entrerebbero nella rete fognaria in tempo di pioggia, ingrossando la portata nera iniziale
con apporti di acqua che non ha più proprietà diluenti. È bene quindi programmare le
operazioni di pulizia che devono essere effettuate con mezzi adeguati.
20
21
Capitolo 2.
Il controllo delle acque meteoriche di dilavamento
Un sistema di drenaggio urbano è costituito dalle opere di drenaggio superficiale
(caditoie e cunette, allacciamenti privati), dalle canalizzazioni destinate al
coinvolgimento delle acque meteoriche di dilavamento e delle acque reflue di origine
civile e produttiva, dagli eventuali manufatti di controllo idraulico e ambientale
(scaricatori di piena, vasche di prima pioggia e vasche volano), dalle eventuali stazioni
di sollevamento, dai manufatti di scarico e dall’impianto di trattamento. Tutto il sistema
deve essere concepito in modo unitario e coerente per evitare le disfunzioni che
emergono quando rete di drenaggio e impianto di trattamento sono progettati
indipendentemente l’uno dall’altro.
Il sistema di drenaggio nel suo complesso deve essere efficiente e compatibile con
l’ambiente circostante, cioè:
• la frequenza delle insufficienze della rete deve essere economicamente
compatibile con i danni da esse arrecati agli insediamenti residenziali e
produttivi serviti;
• le massime portate recapitate ai corpi idrici riceventi non devono eccedere la
loro capacità idraulica di trasporto;
• i carichi inquinanti effluenti dagli scarichi delle acque meteoriche e dagli
impianti di trattamento devono globalmente essere compatibili con i ricettori;
non devono produrre effetti di tossicità né acuti ne di lungo periodo per
accumulo.
Il dibattito sulle fognature unitarie e separate è ancora attuale, poiché lo sviluppo delle
conoscenze conduce a continui aggiornamenti sulla presenza significativa di sostanze
inquinanti, non solo nelle acque reflue ma anche nelle acque meteoriche e nelle altre
acque superficiali e sotterranee. L’approccio classico che prevedeva il sistema separato
come risposta migliore all’efficienza depurativa, è stato oggi rivisto alla luce delle
nuove conoscenze sull’inquinamento delle acque meteoriche urbane.
22
Una buona risposta alle esigenze prima elencate, può ottenersi con entrambe le tipologie
unitarie o separate di sistemi fognari, purché entrambe siano dotate delle moderne
tecnologie di invaso e scarico; la scelta motivata dell’uno e dell’altro sistema, deve
allora derivare caso per caso dalle analisi delle condizioni ingegneristiche, ambientali ed
economiche legate alla specifica situazione.
2.1 Il sistema di drenaggio unitario o a rete separata
Un sistema di drenaggio può essere, come detto, a rete separata o a rete unitaria (mista);
nel primo caso la fognatura consta di due canalizzazioni distinte, una per le acque reflue
derivanti dagli scarichi civili ed industriali (acque nere) le quali vengono convogliate al
depuratore ed una per le acque meteoriche (acque bianche), le quali vengono
normalmente scaricate nei corpi idrici ricettori senza essere trattate.
I sistemi di tipo unitario o misto, invece, adottano una unica canalizzazione per
entrambe le acque: in tempo secco sono presenti solamente le nere, mentre negli eventi
di pioggia ad esse si aggiungono le bianche, cosicché al depuratore arriva la cosiddetta
portata nera diluita, mentre l’eccesso di portata durante le piogge di particolare intensità
viene scaricata direttamente nel ricettore tramite appositi manufatti.
Per ragioni storiche, in Italia come nel resto del mondo, le fognature del tipo misto sono
assai più numerose.
In passato infatti il problema ambientale era poco avvertito, essendo i corsi d’acqua non
ancora caratterizzati dal forte degrado qualitativo che oggi tutti noi conosciamo, perciò
il controllo dell’impatto degli scarichi sull’ambiente era affidato alla sola diluizione dei
carichi inquinanti nei corpi idrici ricettori, per altro quasi sempre garantita in
corrispondenza dei recapiti e degli organi di sfioro.
L’inquinamento crescente ha però mutato radicalmente i termini della questione: i corsi
d’acqua mostravano capacità auto depurative insufficienti, non potendo più ricevere
scarichi che non fossero stati trattati o che non fossero già fortemente diluiti.
Si giunse al punto in cui sembrava razionale l’idea della separazione delle reti, poiché si
riteneva che le acque di provenienza meteorica fossero pulite e quindi in grado di essere
inviate direttamente al ricettore senza trattamento, perchè non corrotte dalla
miscelazione con le “nere”. L’invio al depuratore delle sole acque nere avrebbe avuto
23
un doppio beneficio: limitare le dimensioni dell’impianto e migliorarne l’efficienza; sia
perchè le portate nere ed i carichi inquinanti ad esse associati, sono più regolari nel
tempo, sia perchè una loro eccessiva diluizione, quale quella operata dalle portate di
pioggia negli eventi di piena, rende invece più difficoltoso il trattamento.
Contemporaneamente lo sviluppo urbano determinava anche un problema idraulico,
imputabile al sottodimensionamento delle reti esistenti nei confronti delle nuove e
consistenti aliquote di portata generate dall’insediamento di nuove aree.
Come evidenziato però nel capitolo precedente, alle acque meteoriche risultano
associati carichi inquinanti non trascurabili, diviene così meno logica la scelta fatta a
priori di separare le acque.
Nei sistemi separati i collettori delle acque piovane sono per dimensione, quasi identici
a quelli della rete unitaria, ma essendo percorsi solo saltuariamente da acqua, per di più
meno aggressiva, possono essere costruiti in materiali meno pregiati. I collettori della
rete nera, invece, hanno problemi di pulizia dovuti alla mancanza di lavaggio da parte
dell’acqua piovana, essendo per altro scarsi i casi in cui i dispositivi di cacciata sono in
funzione; le scarse pendenze aggravano il problema. Nelle realizzazioni consuete la rete
bianca scarica direttamente nei ricettori, senza separare le portate di prima pioggia, con
evidente danno ambientale.
L’utilizzo di reti separate è consigliabile nelle zone industriali, perchè le acque reflue in
tempo secco caratterizzate in maniera decisa dalle acque dei processi produttivi, le quali
ancorché pretrattate, rischierebbero di degradare ulteriormente le acque meteoriche con
sostanze nocive e tossiche che inevitabilmente raggiungerebbero i ricettori.
I collettori delle reti unitarie vengono dimensionati in base alle portate di pioggia, assai
superiori a quelle reflue in occasione degli eventi di progetto.
Avendo le precipitazioni durata contenuta, per la maggior parte del tempo la fognatura è
percorsa dalle sole acque nere, con portate esigue e basse velocità, col rischio che i
solidi sedimentino e, incrostando il fondo del tubo, diminuiscano la sezione utile,
nonché il rischio di insorgenza di fenomeni anaerobici putrefattivi (maleodore). E’ vero
altresì che il lavaggio dei condotti ad opera delle piogge è abbastanza frequente,
cosicché una fognatura mista dotata di normali pendenze si mantiene abbastanza pulita.
Particolarmente importante è la questione del dimensionamento delle opere di sfioro
della portata di supero negli eventi di piena, in quanto bisogna conciliare due esigenze
24
contrapposte: una del depuratore, che può accettare portate in ingresso di poco superiori
alla portata nera media di tempo secco, l’altra legata alla portata sfiorata che deve essere
abbastanza diluita per non caricare troppo il ricettore di inquinanti.
La pratica progettuale e le normative di settore suggeriscono portate nere diluite
commisurate a 2,5 ÷ 5 volte le portate nere medie; le portate di prima pioggia sono
pertanto 1,5 ÷ 4 volte le portate nere medie con un discreto beneficio ambientale, che
può essere incrementato con l’adozione di invasi aggiuntivi (vasche di prima pioggia) o
l’utilizzazione spinta dell’invaso interno delle canalizzazioni per trattenere
temporaneamente poi rilasciare e inviare alla depurazione l’aliquota più inquinata delle
acque meteoriche.
2.2 I sistemi di controllo degli scarichi
Durante le precipitazioni si formano in ambito urbano portate meteoriche che solo in
parte possono essere regolarmente accolte, convogliate, depurate e scaricate dalla rete
fognaria. Il limite di carattere idraulico consiste nell’incapacità dei collettori a sostenere
le portate degli eventi più rari ed intensi, nonostante siano dimensionati sulla base di
eventi comunque rilevanti. Le portate esuberanti rispetto alle capacità della rete devono
dunque essere sfiorate attraverso opportuni manufatti.
Esiste un altro limite legato alle caratteristiche dei processi biochimici dei normali
impianti depurativi civili, che hanno un buon rendimento se lavorano con portate non
troppo più grandi della portata nera media di tempo secco. L’esigenza di mandare alla
depurazione portate basse si scontra, come si diceva, con l’esigenza opposta di limitare
al massimo gli sversamenti al ricettore.
Sussiste dunque, questo fondamentale problema del controllo delle portate meteoriche,
allo scopo di innalzare il livello della protezione ambientale ed idraulica del territorio
urbano ed extra urbano.
Tale obiettivo può essere perseguito efficacemente con lo sfruttamento degli invasi
propri della rete fognaria (invasi in linea) o situati all’esterno di essa (invasi fuori linea)
Essi possono assolvere sia alla funzione ambientale, poiché possono trattenere ed
escludere dallo scarico una notevole percentuale degli inquinanti veicolati dalle acque
meteoriche, soprattutto quelle relative all’inizio dell’evento (le prime piogge),
25
consentendone il successivo invio al trattamento depurativo, sia alla funzione idraulica,
perchè possono laminare le portate di massima piena, riducendo il pericolo di
incontrollati allagamenti superficiali.
In ultima analisi risulta evidente come per esercitare un controllo ambientale ed
idraulico dei deflussi in fogna sono necessari uno o più dei seguenti manufatti:
• scaricatori o ripartitori
• vasche di prima pioggia
• vasche volano o di laminazione
2.2.1 Il controllo ambientale degli scarichi
Assodato che l’inquinamento dilavato dalle acque meteoriche sulle superfici urbane può
essere assai rilevante, ormai da molti anni numerose normative italiane ed estere
richiedono di dotare le aree urbanizzate e i corrispondenti sistemi fognari di strutture
idonee a ridurre efficacemente l’impatto sul ricettore, derivante da tale componente dei
deflussi urbani.
In generale, il controllo degli scarichi di origine meteorica finalizzato alla riduzione
dell’impatto inquinante sui corpi idrici ricettori, può essere attuato mediante interventi
strutturali o non strutturali.
Gli interventi non strutturali consistono nell’attuazione di protocolli di manutenzione
delle pavimentazioni stradali urbane, atti ad asportare frequentemente con appositi
automezzi le polveri e i depositi organici ed inorganici. La frequenza e la tipologia dei
mezzi di lavoro influenzano decisamente il risultato conseguito, che può consentire un
rilevante abbattimento delle sostanze inquinanti.
Tra i provvedimenti non strutturali possono anche includersi quelli riguardanti le
caditoie stradali, ove queste siano atte a intrappolare i solidi in ingresso, in attesa
dell’arrivo degli automezzi deputati al loro svuotamento periodico.
Gli interventi strutturali sono principalmente attuati nelle reti fognarie urbane mediante
scaricatori di piena e vasche di prima pioggia, secondo diversi schemi impiantistici che
prevedono:
• l’impiego di soli scaricatori di piena;
• l’impiego congiunto di scaricatori di piena e vasche di prima pioggia in linea;
26
• l’impiego congiunto di scaricatori di piena e di vasche di prima pioggia fuori
elle reti pluviali destinate al drenaggio di pavimentazioni esterne ai centri urbani (aree
eti con scaricatori di piena
linea.
N
di servizio e di parcheggio, autostrade ed arterie a grande viabilità) gli interventi
strutturali prevedono spesso l’adozione, in corrispondenza dei punti di scarico
opportunamente centralizzati, di impianti di trattamento appropriato realizzato
normalmente con grigliatura, sedimentazione e separazione di oli e grassi. Sono in atto
esperienze interessanti anche con trattamenti diffusi di tipo chimico-fisico in
corrispondenza dei terminali di brevi e frequenti reti di drenaggio stradale.
R
merito ai sistemi di drenaggio urbano, gli schemi indicati di seguito in Figura 2.1,
nte
In
si riferiscono ai casi in cui il controllo dello scarico nel ricettore avviene sempliceme
mediante un manufatto (scaricatore di piena) che consente lo scarico nel ricettore solo
quando la portata supera un valore di soglia prefissato.
Figura 2.1 – Schemi di reti unitarie e separate con manufatto ripartitore
27
Reti unitarie
re unitarie, la portata di inizio sfioro viene individuata adottando un
Per le fognatu
oppotuno valore del rapporto di diluizione r, generalmente scelto nell’intervallo 2,5-5,
definito come rapporto fra la portata complessiva in arrivo nera e meteorica,
normalmente denominata portata di soglia (o portata nera diluita) Qs, a partire dalla
quale durante la pioggia si attiva lo sfioro e la portata nera media di tempo asciutto Qn,m.
Dunque nell’istante di inizio sfioro la portata ,s n mQ r Q= ⋅ complessivamente derivata
verso la depurazione, è costituita dalla somma ta nera media Q della porta n,m e della
portata meteorica ,( 1) n mr Q− ⋅ . Tale funzionamento è schematizzato nel grafico di figura
2.2.
on tale soluzione, quindi, i sistemi unitari consentono di avviare alla depurazione una
esclusivamente sull’utilizzazione nelle reti urbane di scaricatori di piena non può
Figura 2.2 – Funzionamento di uno scaricatore di piena posto su rete unitaria.
C
significativa aliquota di acque meteoriche, con un beneficio ambientale non trascurabile.
Tuttavia, il controllo quali-quantativo dello scarico nei corpi idrici basato
28
ritenersi sufficiente, dal momento che con il regime pluviometrico del nostro e di molti
altri paesi, caratterizzato da precipitazioni saltuarie, irregolari e con intensità medie
significative, la sola utilizzazione degli scaricatori di piena, secondo gli schemi proposti
precedentemente in figura 2.2, non consente di ridurre sensibilmente l’impatto sui
ricettori in tempo di pioggia. In pratica, infatti, lo sfioro e il conseguente scarico di
inquinanti avviene molte decine di volte l’anno.
Con tali dispositivi quindi non è possibile limitare efficacemente né il numero di
scarichi annui, ne le masse di inquinanti scaricate, né le concentrazioni degli inquinanti
a aleatorietà e ciò
allo scarico, neppure adottando valori elevati del rapporto di diluizione r, che comunque
comporterebbero elevati oneri di investimento sia per le reti di drenaggio che per gli
impianti di trattamento e maggiori oneri gestionali di questi ultimi.
I processi di formazione, accumulo e rimozione degli inquinanti nel bacino e nella rete
di drenaggio sono governati da fattori caratterizzati da elevat
determina una forte variabilità da evento a evento, delle caratteristiche qualitative delle
acque di drenaggio urbane, ne consegue che necessariamente l’efficacia degli scaricatori
di piena, così come quella delle vasche di prima pioggia, non può che essere valutata in
termini statistici attraverso l’uso di modelli di simulazione continua a base fisica (il
modello inglese InfoWorks di HR Wallingford, utilizzato in questo lavoro di tesi)
opportunamente tarati sulla base di eventi dettagliatamente monitorati.
Reti separate
Nel caso di fognature separate, l’adozione degli scaricatori di piena secondo lo schema
izialmente proposto, deriva dalla volontà di escludere dallo scarico diretto nel ricettore in
una portata meteorica di base Qlim, ritenuta inquinanta per presenza o di ineliminabili
allacciamenti neri o, comunque, di sostanze indesiderabili nelle acque di dilavamento
delle superfici urbane. Lo schema di funzionamento è quello di figura 2.3;
29
osservi che, con tale schema è improprio definire la portata Qlim come portata di
o
eti con scaricatori di piena e vasche di prima pioggia
Figura 2.3 – Funzionamento di uno scaricatore di piena posto su rete separata.
si
“prima pioggia” dal momento che essa perdura per tutta la durata del deflusso
meteorico. La portata di soglia Qlim dello scaricatore, non potendo essere definita in
base al rapporto di diluizione r, non essendo presenti o non essendo note, le portate
nere, è adottata tenendo conto dei limiti di compatibilità dell’impianto di depurazione.
Per gli aspetti quantitativi (numero medio annuo degli sfiori e volume medio annu
scaricato) l’effetto ottenibile nelle reti separate con l’adozione degli scaricatori di piena,
è analogo a quello indicato per le reti unitarie; per gli aspetti qualitativi il risultato è
presentato più oltre.
R
e vasche di prima pioggia eventualmente accoppiate a scaricatori di piena, mirano
L
all’accumulo temporaneo della parte del volume di piena da avviare alla depurazione.
Solo quando tale volume è stato completamente riempito, entra in funzione lo scarico
verso il ricettore delle portate in arrivo eccedenti. Lo svuotamento della vasca può
30
avvenire o mediante pompaggio o tramite una bocca di controllo dello scarico di fondo
tarata per la portata desiderata. Gli schemi indicati nelle figura 2.4, 2.5 di seguito
riportata si riferiscono ai casi in cui il controllo delle portate scaricate nel ricettore è
effettuato mediante una vasca di prima pioggia in linea, attraverso la quale sono
accumulate, per essere inviate alla depurazione, le prime acque di pioggia; a completo
riempimento della vasca, la portata eccedente quella inviata alla depurazione viene
scaricata nel ricettore.
Figura 2.4 – Schemi di reti unitarie e separate con vasca di prima pioggia in linea.
Figura 2.5 – Schemi di reti unitarie e separate con vasca di prima pioggia fuori linea..
31
Il controllo delle portate scaricate nel ricettore può avvenire mediante una vasca di
ito riportate mostrano il funzionamento qualitativo delle
prima pioggia fuori linea alimentata attraverso uno scaricatore di piena quando, in
tempo di pioggia, la portata ha superato un prefissato valore di soglia, al disotto del
quale la portata in arrivo viene invece inviata tutta alla depurazione. Il sistema di
alimentazione della vasca è munito di un dispositivo che consente di escludere la vasca
a riempimento avvenuto, onde evitare la miscelazione dell’acqua invasata con le
successive acque di dilavamento, generalmente meno inquinante. Raggiunto il completo
riempimento della vasca, la portata eccedente rispetto a quella inviata alla depurazione
viene scaricata nel ricettore attraverso lo scaricatore di piena. Al temine dell’evento le
acque accumulate in vasca vengono inviate al trattamento. Con quest’ultimo schema
funzionale, l’efficacia delle vasche di prima pioggia risulta ottimale poiché si raggiunge
la massima riduzione della frequenza del volume degli scarichi nel ricettore e del carico
inquinante in esso sversato.
Le figure 2.6 e 2.7 di segu
vasche di prima pioggia, rispettivamente del tipo in linea su sistemi separati e del tipo
fuori linea per sistemi separati e unitari e come esse consentano di incrementare molto
efficacemente la rimozione dallo scarico di importanti aliquote di volumi idrici e carichi
inquinanti.
32
Figura 2.6 – Funzionamento di uno scaricatore di piena e di una vasca di prima
pioggia posta in linea su rete separata.
Figura 2.7 – Funzionamento di uno scaricatore di piena e di una vasca di prima
pioggia posta fuori linea su rete separata.
33
Figura 2.8 – Funzionamento di uno scaricatore di piena e di una vasca di prima
pioggia posta fuori linea su rete unitaria.
La grande efficacia delle vasche di prima pioggia, anche con dimensioni relativamente
contenute è anche legata al fenomeno del cosiddetto first flush, ben evidenziato
dall’evento sperimentale riportato di seguito in figura 2.9, verificatosi nel territorio
modenese nei giorni 9-10-11/12/1996;
Figura 2.9 – Condizione di first flush nella sezione di chiusura del bacino del Naviglio
34
in cui si osserva come il trasporto degli inquinanti si concentri nella prima parte
dell’evento, infatti si assiste ad un picco di portata solida (in colore marrone)
temporalmente anticipato rispetto al colmo di piena (in colore verde). E’ interessante
notare inoltre come l’influenza dell’intensità dello scroscio sulla massa di solidi sospesi
mobilitata sia qui messa in evidenza; dopo un primo picco di portata solida, coincidente
con uno scroscio iniziale di bassa intensità, si assiste ad un incremento del picco della
portata solida coincidente invece con un intensità dell’evento sensibilmente maggiore.
A quest’ultimo picco di portata solido segue un andamento discendente del
pollutogramma, nonostante l’evento pluviometrico sia ancora in piena evoluzione, ciò a
significare come il bacino a monte di tale sezione di rilievo sia stato completamente
“lavato” da questo scroscio iniziale.
Statisticamente tale fenomeno è più frequente, anche se talvolta possono verificarsi
isolati fenomeni di “last flush” legati a particolari combinazioni della distribuzione
areale della precipitazione e della cinematica del bacino.
2.3 Nuovi sistemi di controllo quali-quantitativo delle acque meteoriche urbane a monte delle reti fognarie
Sono in atto in tutto il mondo ricerche per nuove tecnologie dei sistemi di drenaggio
urbano atte a limitare quanto più possibile l’impatto sui ricettori dovuto agli scarichi
delle acque meteoriche.
Tali nuove tendenze riguardano i provvedimenti atti a permettere il controllo quali-
quantitativo delle acque meteoriche a monte delle reti fognarie, unitarie o separate che
siano.
Si tratta di provvedimenti a carattere diffuso sul territorio urbano che consistono in
generale:
• nell’incremento delle possibilità di infiltrazione diretta nel suolo, senza
trattamento, delle acque meteoriche considerabili esenti da inquinanti e quindi
essenzialmente di quelle afferenti a tetti e coperture non accessibili a veicoli
automobilistici ne interessate da emissioni o scarichi derivanti da attività
commerciali, industriali e artigianali;
35
• nell’incremento delle possibilità di infiltrazione nel suolo previ idonei invasi in
vasche di pioggia atti alla laminazione delle portate e successivi trattamenti
appropriati, delle acque meteoriche di dilavamento di superfici accessibili a
veicoli automobilistici o interessate da emissioni o scarichi derivanti da attività
commerciali, industriali e artigianali;
• nell’adozione, per le acque meteoriche non infiltrabili nel suolo, di invasi di
pioggia atti alla laminazione delle portate e di successivi trattamenti appropriati,
atti a consentire o lo scarico diretto nel reticolo superficiale di acque compatibili
con i primi citati “standard intermittenti” di qualità o l’allacciamento alla rete
fognaria di acque compatibili sia con le attrezzature della stessa sia con le
caratteristiche dell’impianto centrale di depurazione.
La figura di seguito riportata (Figura 2.10) illustra alcuni provvedimenti che possono
essere adottati per incrementare l’infiltrazione nel suolo.
Figura 2.10 – Aree filtranti realizzate con spazi verdi, cunette e fossi permeabili
36
Ovviamente l’adozione di tali provvedimenti è subordinata all’accertamento della
qualità delle acque meteoriche, ovvero all’adozione di strutture drenanti atte a far
prevenire le acque di infiltrazione in successivi impianti di trattamento appropriato,
prima della loro definitiva infiltrazione nel sottosuolo. Ad esempio le acque meteoriche
drenate da aree di parcheggio automobilistico possono essere raccolte in strutture di
invaso interrate al di sotto della superficie, nel cui intento siano anche contenuti i
trattamenti chimico-fisici idonei per la successiva infiltrazione nel suolo.
In tutti i casi in cui sono previsti trattamenti delle acque a monte del loro scarico o nel
suolo o nel reticolo superficiale o in fognatura, devono essere previste vasche di pioggia
atte alla laminazione delle portate meteoriche, giacché i trattamenti non possono
tollerare le improvvise variazioni di portata e i rilevanti valori di punta che possono
generarsi durante gli eventi soprattutto con riferimento ai valori molto bassi dei tempi di
corrivazione tipici delle piccole superfici scolanti coinvolte in tali interventi diffusi.
E’ da sottolineare che i nuovi indirizzi tecnologici, precedentemente descritti richiedono
regolamentazioni ufficiali e regole gestionali e di manutenzione preventivamente
studiate.
37
38
Capitolo 3.
I modelli numerici di simulazione quali-quantitativa
Premessa
Da qualche anno a questa parte, in campo ingegneristico, si assiste allo sviluppo sempre
maggiore di modelli numerici per l’interpretazione dei fenomeni fisici. L’applicazione
di questi modelli è spesso necessaria e determinante per un analisi approfondita delle
problematiche e dei possibili scenari risolutivi. I modelli per le reti di drenaggio urbano
sono costituiti da un insieme di procedure volte principalmente alla valutazione
dell’andamento nel tempo delle portate, dei tiranti idrici e degli inquinanti nei canali e
nelle strutture accessorie costituenti la rete fognaria in conseguenza di eventi di pioggia
dei quali sia nota la distribuzione spaziale e temporale. La sensibilità nei confronti dei
problemi di carattere ambientale come l’inquinamento delle acque meteoriche urbane e
la conseguente necessità di gestire oculatamente gli scaricatori di piena, i bacini di
laminazione e le vasche di prima pioggia, nonché gli impianti di depurazione sono i
principali motivi che inducono all’utilizzo dei modelli di simulazione. Nel corso degli
ultimi decenni numerosissimi modelli di drenaggio sono stati sviluppati, perfezionati,
resi più completi, e applicati con successo ai problemi di pianificazione, progettazione,
gestione e ripristino dei sistemi di drenaggio. Adatti modelli matematici di drenaggio
urbano, permettono di perseguire i seguenti obiettivi:
• Determinazione delle effettive distribuzioni di probabilità delle portate
al colmo e dei volumi di piena nelle varie sezioni d’interesse.
• Determinazione dell’impatto conseguente all’esercizio degli
scaricatori di piena in termini di frequenza degli scarichi, dei volumi e
degli inquinanti scaricati.
• Determinazione delle prestazioni ottenibili con i bacini di laminazione
in termini di qualità e quantità.
39
• Simulazione dei fenomeni di piena connessi a eventi di tempo di
ritorno maggiore di quelli compatibili con le canalizzazioni e
conseguente studio delle alternative di controllo delle piene
eccezionali.
• Gestione in tempo reale delle reti di fognatura e degli impianti di
depurazione al fine di ottimizzare le capacità d’invaso delle reti e
diminuire l’impatto quali-quantitativo sui ricettori.
• Gestione ottimale degli impianti di sollevamento e conseguenti
risparmi energetici.
Naturalmente ai vantaggi che possono essere conseguiti tramite l’uso di modelli
matematici corrispondono maggiori oneri derivanti sia dal maggiore carico della fase
computazionale sia dalla necessità di dover disporre di una notevole mole di dati
riguardanti le piogge in ingresso e la descrizione delle caratteristiche fisiche e idrauliche
del bacino e della rete di drenaggio.
3.1 La classificazione dei modelli di drenaggio urbano
Sono possibili molteplici classificazioni dei modelli di drenaggio urbano, in funzione
delle relazioni matematiche utilizzate per schematizzare i fenomeni fisici che si
vogliono rappresentare e delle finalità che tali modelli si pongono nell’ottenimento dei
risultati di calcolo.
3.1.1 Classificazione in dipendenza dello scopo del modello
Modelli di pianificazione
I modelli di pianificazione si adottano nell’ambito delle attività di progettazione
urbanistica e di controllo dello sviluppo dell’urbanizzazione. Si applicano a territori
molto ampi con orizzonti temporali di lungo periodo, al fine di definire le scelte più
generali per il controllo delle piene, degli inquinanti e per la gestione idraulica ottimale
del territorio a larga scala.
40
Modelli di progetto
I modelli di progetto si utilizzano per la determinazione del tracciato fognario, per il
calcolo delle pendenze e delle sezioni dei collettori di un nuovo sistema di drenaggio
urbano da realizzare o per l’ampliamento di una rete esistente.
Modelli di simulazione
I modelli di simulazione si impiegano per riprodurre con elevato dettaglio le condizioni
di deflusso delle reti fognarie già progettate o esistenti e pertanto con caratteristiche dei
canali note sia geometriche che idrauliche.
La distinzione fra modelli di simulazione e quelli di progetto non è sempre netta in
quanto un modello di simulazione può talvolta essere impiegato anche in fase di
progetto, non viceversa.
3.1.2 Classificazione in base alla trasformazione afflussi-deflussi
Modelli empirici
Nei modelli empirici non vengono esplicitamente presi in considerazione i fenomeni
idrologici e idraulici che si svolgono sul bacino e nella rete. Questi modelli sono
costituiti da operatori in grado di trasformare gli ingressi al sistema in uscite dal sistema
stesso secondo un approccio “a scatola nera” black box.
Modelli concettuali
Nei modelli concettuali i fenomeni oggetto di studio vengono considerati simili ad altri,
anche se differenti dal punto di vista fisico, ma adeguati a fornire risposte soddisfacenti.
In generale nell’ambito dei deflussi urbani i modelli concettuali riguardano
principalmente i fenomeni dell’invaso e del trasporto, fanno riferimento alla sola legge
di conservazione della massa e schematizzano il bacino e la rete fognaria come un
insieme di strutture idrauliche elementari, quali serbatoi e canali, connesse in modo
vario.
41
Modelli fisicamente basati
Nei modelli fisicamente basati vengono studiati, talvolta anche con molto dettaglio, i
diversi fenomeni fisici, tenendo conto della loro variabilità spazio-temporale. Spesso
tali modelli nel campo dei deflussi urbani sono basati sia sulla legge di conservazione
della massa sia sulla legge di conservazione della quantità di moto.
La delimitazione fra modelli concettuali e modelli fisicamente basati, che è netta dal
punto di vista teorico, risulta però, dal punto di vista operativo, non sempre evidente
quando si adottino gravose semplificazioni per i modelli fisicamente basati o si
dettaglino oltremodo quelli concettuali.
3.1.3 Classificazione in base alla variabilità spaziale delle grandezze.
Modelli globali
Nei modelli globali il bacino è considerato nel suo insieme. La piena nella sezione di
chiusura del bacino viene calcolata sulla base di una precipitazione di cui non si
considera la variabilità spaziale e tramite un unico operatore rappresentativo del
comportamento medio spaziale del bacino, non essendo tenuta in conto la variabilità
spaziale delle diverse caratteristiche topografiche, idrauliche e riguardanti la natura e
l’uso del suolo del bacino stesso. Il progetto e/o la verifica delle diverse sezioni della
rete vengono quindi effettuati considerando di volta in volta il bacino totale sotteso dalla
sezione di interesse.
Modelli distribuiti
Nei modelli distribuiti viene presa in considerazione la variabilità spaziale sia della
precipitazione in ingresso al sistema, sia delle portate, nonché delle diverse
caratteristiche del bacino. Tutte le grandezze vengono considerate funzioni del tempo e
dello spazio. Nei diversi sottobacini le grandezze possono poi essere considerate globali
(modelli “localmente globali”) o distribuite (modelli “localmente distribuiti”). Nei
modelli distribuiti localmente globali, certamente i più diffusi, viene dapprima calcolato
con approccio globale l’idrogramma di piena di ciascun sottobacino. Successivamente,
procedendo da monte verso valle, per ciascun canale si simula la propagazione della
42
piena risultante dalla somma di idrogrammi provenienti dai canali di monte con
l’idrogramma del sottobacino diretto.
In tali modelli ha un ruolo importante il grado di suddivisione dei sottobacini e il
dettaglio con il quale si procede alla simulazione, ad esempio uno stesso modello può
essere ritenuto distribuito se la descrizione della topografia del bacino è molto
dettagliata, concettuale se la descrizione del bacino è più grossolana e addirittura
globale se non si procede ad alcuna divisione del bacino.
3.1.4 Classificazione in base alla impostazione teorica.
Modelli probabilistici
Nei modelli di tipo probabilistico tutte le variabili vengono considerate come delle
variabili casuali con assegnate leggi di distribuzione di probabilità. Ne consegue che, in
questi modelli, a ingressi uguali possono corrispondere risposte diverse.
Modelli deterministici
In questi modelli vengono simulati in modo deterministico i fenomeni quantitativi e
qualitativi che avvengono nelle diverse porzioni dei bacini urbani durante gli eventi di
pioggia,ovviamente a ingressi uguali corrispondono in questi modelli risposte uguali.
I modelli di tipo deterministico sono, nel campo della modellazione dei deflussi urbani,
di gran lunga i più diffusi; infatti, data la limitatezza delle serie di dati sperimentali
disponibili, risulta difficoltosa l’applicazione di modelli probabilistici che richiedono la
conoscenza di lunghe serie di misure della portata al fine di individuare le relative leggi
di distribuzione e le leggi statistiche tra le serie pluviometriche e quelle delle portate.
3.1.5 Classificazione in funzione di linearità e stazionarietà.
Modelli lineari
I modelli sono detti lineari quando l’uscita corrispondente a un ingresso che sia
combinazione lineare di più ingressi è una combinazione lineare delle uscite relative ai
differenti ingressi separati. Per i modelli lineari vale il principio di sovrapposizione
degli effetti.
43
Modelli stazionari
I modelli sono detti stazionari quando ad ingressi identici e sfasati nel tempo
corrispondono con analogo sfasamento identiche uscite. La risposta fornita dai modelli
stazionari risulta essere quindi indipendente dall’istante in cui si verifica l’ingresso.
3.1.6 Classificazione in funzione della completezza del modello.
Modelli completi
Nei modelli completi si simula la successione dei processi del ciclo idrologico,
rappresentando in dettaglio sia le varie forme del deflusso (superficiale, ipodermico,
profondo) sia l’evolvere della fase aeriforme e del moto dell’acqua all’interno del
terreno, prendendo in considerazione anche gli scambi con le falde acquifere.
Modelli di piena
Nei modelli di piena del settore del drenaggio urbano la simulazione riguarda
essenzialmente le perdite idrologiche, i fenomeni dello scorrimento, della
concentrazione e della modulazione nel tempo dei soli deflussi superficiali.
3.1.7 Classificazione in base al periodo simulato
Modelli per il singolo evento
Nei modelli per il singolo evento la simulazione riguarda un periodo di tempo relativo
ad un singolo evento meteorico. In genere il periodo simulato è nell’ordine di ore e la
simulazione viene svolta simulando passi temporali nell’ordine del minuto. Le
condizioni iniziali del bacino devono essere arbitrariamente prescelte dall’operatore per
lo svolgimento della simulazione.
Modelli per la simulazione continua
Nei modelli a simulazione continua la simulazione riguarda un periodo molto ampio
comprendente numerosi eventi meteorici intervallati da periodi di tempo asciutto. In
relazione alla durata considerevole del periodo (nell’ordine del mese o dell’anno) la
simulazione viene svolta con passo temporale nell’ordine dell’ora. In tali modelli
44
devono essere previsti specifici operatori in grado di tenere in considerazione in modo
adeguato i fenomeni idrologici che si verificano durante i periodi di tempo asciutto e in
particolare di valutare il recupero delle capacità di infiltrazione nelle parti permeabili
del bacino e lo svuotamento delle depressioni superficiali per post-infiltrazione e per
evaporazione sia delle aree permeabili sia di quelle impermeabili. Nelle condizioni dello
stato del bacino all’inizio della simulazione, prescelte arbitrariamente, influenzano in
maniera significativa solo le simulazioni relative ai primi eventi meteorici, risultando
praticamente determinate dallo stesso modello le condizioni iniziali dei successivi
eventi.
3.1.8 Classificazione in base ai risultati forniti
In relazione ai risultati forniti, i modelli possono distinguersi in:
• modelli per il calcolo della sola portata al colmo, fra questi si possono far
rientrare i modelli Cinematico e dell’Invaso Lineare;
• modelli che consentono la determinazione della forma dell’onda di piena, fra
questi ci sono i modelli deterministici e fisicamente basati;
• modelli che consentono la valutazione dei volumi idrici defluenti in lunghi
periodi di tempo, dei quali fanno parte i modelli a simulazione continua;
• modelli che consentono la determinazione dell’andamento nel tempo della
qualità delle acque, tali modelli trovano applicazione nei problemi di
ubicazione e dimensionamento degli scolmatori e delle vasche di prima
pioggia, oltre che nei problemi di esercizio degli impianti di depurazione.
Fra i modelli del primo tipo rientrano i metodi cinematico e dell’invaso lineare, alla
seconda classe possono ricondursi i modelli deterministici fisicamente basati, mentre la
valutazione dei volumi defluiti in lunghi periodi di tempo è affidata ai modelli a
simulazione continua.
Infine, i modelli che trattano anche la dinamica degli inquinanti durante il trasporto
delle acque in fognatura trovano applicazione nei problemi di ubicazione e
45
dimensionamento degli scolmatori e delle opere di invaso, di controllo
dell’inquinamento pluviale urbano e di esercizio degli impianti di depurazione.
Nella fattispecie, InfoWorks CS si basa su un modello del quarto tipo, che permette lo
studio dell’andamento temporale della concentrazione degli inquinanti nei condotti, nei
pozzetti e nelle vasche di accumulo.
3.2 I Modelli di qualità nei deflussi urbani
Una prima suddivisione può essere effettuata tra modelli deterministici e modelli
stocastici. Nei primi vengono formulate relazioni causali tra le variabili dipendenti e
indipendenti che intervengono nel fenomeno da modellare qualunque sia la complessità
e variabilità spaziale e temporale dello stesso. I secondi considerano relazioni di tipo
probabilistico tra le variabili ed esprimono la previsione in termini principalmente di
valore atteso delle grandezze di interesse.
Nel campo dei modelli deterministici un’ulteriore suddivisione può essere effettuata tra
modelli fisicamente basati, derivanti cioè da un approccio teorico in cui si cerca di
ricostruire matematicamente i processi fisici di interesse (meccanica dei fluidi, analisi
dei sistemi, ecc.) e modelli statisticamente basati, derivati invece dall’analisi statistica
di dati sperimentali di varia natura.
La distinzione tra modelli fisicamente basati e statisticamente basati non è ben definita,
in quanto, ad esempio, i parametri di un modello fisicamente basato possono essere
adattati ai valori registrati usando tecniche statistiche.
Allo stesso modo equazioni statisticamente basate possono essere testate da analisi
fisicamente basate per verificarne l’attendibilità.
All’interno di ogni gruppo possono esservi ulteriori classificazioni in funzione dei dati
in ingresso necessari al modello (simulazione di un singolo evento, simulazione
continua), in funzione dell’intervallo di tempo considerato (minuti, ore o intervalli più
lunghi) e in funzione dell’obiettivo del modello (pianificazione, progetto, gestione).
I modelli di qualità possono essere impiegati per diversi scopi nello studio dei deflussi
urbani.
46
In particolare essi sono estremamente utili per la caratterizzazione degli effluenti, per la
determinazione del carico inquinante nei corsi d’acqua riceventi, per la previsione degli
effetti di sistemi di controllo delle reti drenanti e per supportare analisi costi-benefici, in
vista di opere di risanamento ambientale.
Le simulazioni possono prendere in esame intervalli temporali più o meno lunghi in
funzione dell’obiettivo prefissato. Ad esempio, se lo scopo è individuare l’effetto che
gli scaricatori di una rete fognaria hanno sui corsi d’acqua riceventi, si possono adottare
tempi di simulazione che prendano in esame l’anno idrologico medio. Mentre se
l’obiettivo è lo studio di dispositivi di controllo dell’inquinamento prodotto dalle acque
di prima pioggia può essere importante soffermarsi su singoli eventi pluviometrici.
Nel seguito si esaminano i diversi processi che prendono parte alla formazione e al
trasporto dei solidi sospesi e si illustra come essi sono stati schematizzati nei modelli di
simulazione più noti oggi disponibili.
Tali modelli fanno usualmente riferimento solo alla simulazione dei solidi sospesi,
avendo riconosciuto che le diverse forme di inquinamento (BOD, COD, nitrati, ecc.)
sono strettamente correlati con essi [Artina ed altri, 1995].
L’esposizione prende in esame separatamente i modelli deterministici (i più comuni)
fisicamente basati, quelli statistici e infine quelli stocastici.
3.2.1 I Modelli deterministici fisicamente basati
Nei modelli fisicamente basati i diversi fenomeni che prendono parte alla formazione e
propagazione degli inquinanti vengono rappresentati separatamente.
a) Accumulo sulla superficie del bacino
Ricerche sperimentali condotte su bacini americani mostrarono come l’accumulo sulla
superficie del bacino tenda ad un valore asintotico al passare del tempo dopo l’ultimo
evento di pioggia che ha prodotto un radicale lavaggio delle superfici impermeabili.
47
L’accumulo sulla superficie del bacino è stato rappresentato, da diversi autori,
attraverso le quattro seguenti formulazioni.
Il primo modello è di tipo lineare e ipotizza che la massa accumulata sia
proporzionale alla durata del tempo secco attraverso un coefficiente d’accumulo:
aM
sdt
sa dtaM ⋅=
dove,
aM = massa accumulata sulla superficie del bacino;
dts = durata del tempo secco antecedente;
a = coefficiente numerico.
Il secondo ipotizza un andamento non lineare secondo la seguente espressione:
bsa adtM =
Il terzo modello è di tipo esponenziale:
( )sbdtaa eMM −−⋅= 1lim
essendo il limite asintotico della massa accumulata. limaM
Il quarto e ultimo modello proposto da Michaelis-Menton, ha la seguente formulazione:
( )s
saa dta
dtMM
+⋅= lim
I parametri numerici sopra indicati, a, Malim e b assumono nelle diverse equazioni
valori diversi e unità di misura differenti.
Il tempo secco antecedente viene valutato a partire dall’ultimo evento in cui è stata
registrata un’altezza di pioggia tale da produrre un significativo lavaggio, ad esempio di
10 mm.
Nella figura sottostante sono riportati i grafici relativi agli andamenti tipo delle
precedenti quattro formulazioni. Normalmente la formulazione lineare e non lineare
48
vengono adottate imponendo un limite superiore alla crescita della massa accumulata
sulla superficie del bacino.
Figura 3.1 - Paragone fra l’andamento nel tempo dell’accumulo secondo le principali
formulazioni (Huber e Dickinson, 1988).
Figura 3.2 - Esempio di accumulo lineare di sedimenti su un bacino considerando l’azione di
lavaggio operata da mezzi meccanici (Huber e Dickinson). La pulizia delle strade, inoltre, normalmente operata con mezzi meccanici, determina
l’asportazione di una frazione degli inquinanti accumulati più o meno rilevante in
funzione dell’accuratezza e dell’efficienza con cui viene effettuata, nonché della
porzione del bacino effettivamente soggetta a pulizia e della frequenza della stessa.
49
b) Lavaggio operato dalla pioggia
Durante un evento pluviometrico, in funzione della sua intensità, le particelle che si
sono accumulate sulla superficie del bacino possono venire rimosse e trasportate verso
la fognatura.
Tale fenomeno è estremamente complesso. I modelli che si adottano spesso non
distinguono tra l’erosione dovuta all’impatto delle gocce di pioggia e quella dovuta al
trasporto operato dal ruscellamento superficiale.
Nei modelli in cui si distingue tra lavaggio operato dalla pioggia e lavaggio operato dal
ruscellamento superficiale, come in MOUSE, i risultati non sono migliori rispetto a
quelli forniti dagli altri modelli, probabilmente perché il maggior numero di parametri
richiede un’attenta calibrazione.
c) Passaggio attraverso le caditoie
Le particelle dilavate dalla superficie del bacino dalla pioggia entrano nella rete fognaria
attraverso la rete secondaria costituita da pozzetti e condotti di piccolo diametro.
Le particelle tendono ad accumularsi in tale rete secondaria, soprattutto durante eventi
di piccola intensità mentre con l’aumentare del deflusso esse vengono dilavate, rimesse
in sospensione ed immesse quindi nella rete fognaria principale.
La portata che defluisce in tali condotti, le caratteristiche delle particelle, il periodo di
tempo secco, la stagione, le caratteristiche del bacino versante sono gli aspetti che
condizionano il fenomeno e che vengono presi in esame in modo differente dai diversi
modelli.
d) Modellazione del trasporto dei sedimenti nei condotti fognari
Sicuramente rappresenta la fase più importante dei modelli di qualità, ma è anche la più
complessa, in quanto ci si trova spesso di fronte a dati insufficienti nella descrizione
delle reti fognarie, alla complessità del fenomeno che coinvolge particelle in
sospensione sul fondo, deposizione ed erosione, a un elevato numero di parametri quali
velocità, sforzo tangenziale, geometria dei collettori, caratteristica delle particelle.
50
Il trasporto solido in fognatura è molto differente dal trasporto solido nei corsi d’acqua;
infatti le particelle sono molto più piccole, si è in presenza di particelle coesive dovute
al materiale organico e il regime idraulico è soggetto a variazioni molto più pronunciate.
Il trasporto solido nei condotti chiusi fu studiato da diversi ricercatori; Durand ad
esempio propose una distinzione tra diversi tipi di trasporto in funzione del diametro
delle particelle.
Nel caso di granulometria omogenea con diametri minori di 25μm le particelle
rimangono sempre in sospensione senza depositarsi e con una concentrazione distribuita
in modo omogeneo; nel caso di una granulometria intermedia con diametri compresi tra
25 μm e 50 μm si è in una zona di transizione. Nel caso di granulometria eterogenea
viene fatta un’ulteriore suddivisione: nel caso di diametri variabili tra 50 μm e 200 μm
le particelle sono trasportate in sospensione con concentrazioni eterogenee; nel caso di
diametri compresi tra 0,2mm e 2 mm le particelle vengono trasportate in condizioni
intermedie; nel caso di diametri maggiori di 2 mm le particelle sono trasportate in parte
sul fondo, in parte in sospensione. Le formulazioni proposte sono molteplici.
3.3 InfoWorks CS 8.05
Infoworks è un pacchetto sviluppato dalla Wallingford Software Ltd per la gestione dei
sistemi idrici. Il modello di inquinamento in superficie (“Surface Pollutant Model”)
determina l’accumulo e il dilavamento degli inquinanti sulla superficie dei bacini e dei
pozzetti; in particolar modo si possono distinguere due modelli:
il modello di dilavamento (“Washoff Model”) che si occupa dei sedimenti e degli
inquinanti che si accumulano durante periodi di tempo secco sulla superficie dei
bacini; durante gli eventi meteorici essi vengono dilavati dal deflusso superficiale
e condotti sino alle caditoie;
il modello del pozzetto (“Gully Pot Model”) che si occupa degli inquinanti
disciolti accumulati in caditoia in tempo secco; durante gli eventi di pioggia tali
sostanze tornano in sospensione e possono essere convogliate sino alla rete
fognaria.
51
Questi due modelli sono totalmente indipendenti tra loro.
Accumulo di inquinanti sulle superfici drenate
L’accumulo durante il periodo di tempo secco è considerato dipendente linearmente dal
tempo in funzione delle attività antropiche svolte sul bacino; il fattore di accumulo
dipende dall’utilizzo del territorio; tuttavia si impone un limite superiore per lassi
temporali tendenti all’infinito. Tale equazione è valida solo per i sedimenti, mentre gli
inquinanti adesi sono determinati per mezzo di un fattore di potenza moltiplicato per la
massa dei sedimenti così calcolata.
MKPdt
dMs ⋅−= 1
con
M massa di solidi depositati per unità di superficie (kg/ha);
Ps fattore di accumulo (kg/ha·giorno);
K1 fattore di decadimento (1/giorno); il valore di default, determinato mediante
calibrazioni, è pari a 0.08.
Il limite superiore per la massa dei sedimenti espresso in (kg/ha) è dato da:
1KPs
Il software risolve l’equazione (3.9) secondo i seguenti passi:
- determina il fattore di decadimento;
- determina il fattore di accumulo;
- determina la massa accumulata alla fine del tempo secco.
( NDKsNDKd e
KP
eMM 11 11
0−− −⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⋅= )
dove:
Mo massa di sedimenti alla fine del tempo secco cioè ad inizio evento (kg/ha);
Md massa di sedimenti all’inizio del tempo secco, ossia i residui dell’evento
pluviometrico precedente (kg/ha);
52
ND numero di giorni di durata del buid-up;
Ps fattore di accumulo superficiale in kg/ha·giorno;
K1 coefficiente di decadimento o scomparsa in 1/giorno.
Accumulo di inquinanti nei pozzetti
In tale fase si considerano unicamente gli inquinanti disciolti e se ne valuta la
concentrazione nei pozzetti prima e durante la simulazione; si ipotizza che l’accumulo
sia linearmente dipendente dal tempo e influenzato dal tipo di utilizzo del territorio.
L’equazione utilizzata è la seguente:
( ) ( )1000
0 gullyn
VNDMCPG
⋅⋅+=
dove:
PGn(0) massa del generico inquinante disciolto alla fine del tempo secco, cioè
all’inizio della simulazione (kg);
C concentrazione iniziale degli inquinanti (mg/l);
M coefficiente di accumulo lineare (mg/l·giorno);
ND giorni di build-up;
Vgully volume pozzetto in m3.
Calcolo del dilavamento superficiale
Il modello di dilavamento calcola la variazione nel tempo della concentrazione dei vari
inquinanti, per simularne poi il trasporto solido in fognatura.
Il software assume che la portata degli inquinanti in entrata al pozzetto sia
proporzionale alla quantità di inquinanti disciolti o in sospensione nelle acque di
pioggia presenti sul bacino drenante.
Infoworks calcola:
1. la massa dei sedimenti erosa dalla superficie del bacino e mantenuta in
sospensione nell’acqua (TSS, Solidi Sospesi Totali); tale erosione è
proporzionale all’intensità di pioggia;
53
2. la massa di sedimenti dilavati verso la rete di drenaggio;
3. la massa di ciascun inquinante adeso ai sedimenti, proporzionale all’intensità di
pioggia.
La massa di inquinante dilavata è funzione dell’intensità di pioggia e della massa
presente al suolo:
( ) ( )tftMKdt
dMra
e −⋅=
dove:
Me(t) massa di inquinante disciolto o in sospensione (kg/ha);
Mr(t) massa (residuale) di inquinante presente all’istante t sul bacino (kg/ha);
Ka coefficiente di erosione/dissolvimento che dipende dall’intensità di pioggia.
( ) ( )tfKtM e ⋅=
dove:
Me(t) massa di inquinante disciolto o in sospensione (kg/ha);
f(t) portata massica di inquinante (kg/ha·s);
K costante del serbatoio lineare (s) calcolata con la formula di Desbordes.
L’intero studio qualitativo si basa sul comportamento dei solidi sospesi totali TSS,
poiché il software assume che ci sia una proporzionalità tra i TSS e gli altri inquinanti,
espressa dai fattori di potenzialità in dipendenza dell’intensità di pioggia; inoltre il
software assume che i fattori di proporzionalità siano costanti nel tempo durante
l’evento.
L’equazione per il calcolo della massa di inquinanti adesi è:
( ) ( ) ( )tfiKtf mpnn ⋅=
dove:
fn(t) portata solida specifica dell’inquinante (kg/ha·s);
Kpn(i) fattore di potenza;
fm(t) portata solida specifica dei solidi sospesi TSS (kg/ha·s).
Il calcolo del dilavamento superficiale si articola nei seguenti passi:
54
determinazione del fattore di potenzialità che governa la relazione tra solidi
sospesi e gli altri inquinanti ed è funzione dell’intensità di pioggia.
Tipo di superficie Inquinanti BOD COD TKN No washoff 0 0 0 Residenziale Commerciale Industriale Periferia Rurale
( ) 4213 CCIMPKCK C
pn +−=
Tabella 3.1 - Fattori di potenzialità
dove:
C1, C2, C3 e C4 sono dei coefficienti definiti in fase di calibrazione e variabili da
inquinante a inquinante, nonché funzione dell’uso del suolo.
IMKP è la massima intensità (mm/h) di pioggia caduta in un periodo di 5 minuti nel
sotto evento.
calcolo della massa iniziale di solidi sospesi totali per unità di superficiale
( ) ( )r
m
ACF
f⋅
=0
0
dove:
f(0) è la portata massica iniziale per unità di superficie impermeabile (kg/ha·s), in
genere uguale a zero;
Fm(0) portata dei solidi sospesi TSS all’istante iniziale (kg/s);
C percentuale di area impermeabile;
Ar area sottobacino (ha).
calcolo della massa iniziale di sedimenti per unità di superficie
( ) 00 MM r =
dove:
Mr(0) massa residuale all’inizio dell’evento (kg/ha);
M0 massa accumulata alla fine del tempo secco (kg/ha).
55
calcolo dei parametri del dilavamento
( ) iCiCtK Ca ⋅−= 31
2
dove:
Ka coefficiente di erosione;
i(t) intensità di pioggia istantanea in mm/h;
C1, C2 e C3 sono dei coefficienti.
determinazione della massa specifica residua presente sulla superficie del bacino,
per ogni passo temporale:
( ) ( ) ( ) ( )dt
tMeetfdttf rdtKKdt
a ⋅−+⋅=+ −1
dove:
K coefficiente del serbatoio lineare (s), calcolato con la formula di Desbordes;
f portata dei solidi sospesi (kg/ha·s);
Ka coefficiente di erosione.
determinazione del deflusso dei solidi sospesi totali per unità di superficie, per ogni
passo temporale:
( ) ( ) ( ) ( )dt
tMeeetfdttf rKdt
dtKKdt
a ⋅⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−⋅−+⋅=+
−−
−
11
K coefficiente del serbatoio lineare (s), calcolato con la formula di Desbordes;
f portata dei solidi sospesi (kg/ha·s);
Ka coefficiente di erosione.
calcolo della portata dei solidi sospesi totali in uscita dai sottobacini
( ) ( )tfACtF rm ⋅⋅=
dove:
f(t) è la portata dei solidi sospesi totali TSS per unità di superficie impermeabile
(kg/ha·s);
Fm portata dei solidi sospesi(kg/s);
C percentuale di area impermeabile;
56
Ar area del sottobacino (ha).
calcolo delle portate dei vari inquinanti in uscita dal sottobacino
( ) ( ) ( )tfACtKtF rpnn ⋅⋅⋅=
dove:
Fn(t) è la portata massica dell’inquinante adeso (kg/s).
Lavaggio dei pozzetti (“Gully Pot Flushing”)
Il modello del pozzetto (“Gully Pot Model”) determina la quantità di inquinanti disciolti
presenti nel pozzetto che viene rimessa in sospensione ed entra in circolazione nella rete
di drenaggio urbano in seguito all’ingresso della portata di pioggia nel pozzetto stesso.
Si ricorda che tale modello è del tutto indipendente da quello relativo al dilavamento
superficiale.
Si ipotizza che la massa di inquinanti presente nei pozzetti si misceli completamente
con la massa proveniente dal deflusso superficiale; la portata di inquinante risultante
dipende quindi dall’ingresso del sistema dovuto al modulo di runoff:
( ) (tPGdttFP nnn ++= )
dove:
Pn è la massa totale di inquinante (kg);
Fn(t+dt) è la portata di inquinante disciolto in ingresso (kg/s);
dt è l’intervallo temporale (s);
PGn è la massa di inquinante nel pozzetto (kg).
( ) ( )
( ) dtP
dtV
dttQ
dttQdttF n
gullyn ⋅
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛++
+=+
dove Q(t+dt) è il deflusso dalla superficie stradale (m3/s).
La massa di inquinante nel pozzetto è quindi pari a:
( ) ( ) dtdttFPdttPG nnn ⋅+−=+
57
In realtà nella versione attuale del modello si assume che nessun inquinante disciolto
entri nel pozzetto dalla superficie stradale, quindi il termine Fn(t+dt) è assunto pari a
zero.
58
59
Capitolo 4.
L’idrografia modenese fra il Fiume Secchia e il Fiume Panaro
Premessa
Lo studio della rete fognaria di una città richiede un’analisi completa e particolareggiata
del suo territorio, inteso nelle sue varie componenti fisiche, abitative e produttive, non
solo il territorio che è o che sarà interessato da una rete fognaria, ma anche quello che
comunque potrà influenzare quest’ultima durante un evento meteorico.
Il territorio modenese, per la sua giacitura a livello più basso delle quote di piena dei
due fiumi Secchia e Panaro e con una zona collinare alle spalle, è soggetto al regime
idraulico dei corsi d’acqua che l’attraversano e lo circondano.
Lo sviluppo industriale affermatosi con determinazione dal dopo guerra in poi, ha
permesso da un lato una massiccia antropizzazione del suolo ed una conseguente
espansione di Modena e degli agglomerati limitrofi e dall’altro una degradazione della
qualità dell’ambiente.
La crescita delle aree urbane ha determinato inoltre la trasformazione del suolo, che in
termini idraulici, si è concretizzata in un afflusso nella rete scolante di più consistenti
volumi di acqua sia reflua che meteorica.
Mentre la prima ha compromesso la qualità dell’ambiente per l’inquinamento che ha
prodotto nei corsi d’acqua naturali e nelle falde acquifere, la seconda ha richiesto il
riesame delle capacità ricettive delle reti di scolo.
In questi ultimi anni lo stato di crisi delle reti fognarie si è manifestato con maggiore
frequenza ed incisività e gli eventi calamitosi che hanno colpito Modena
particolarmente negli anni 2003-2005, hanno provocato danni ingenti sia al patrimonio
demaniale dello Stato, della Provincia e del Comune, sia anche ad aziende autonome,
enti pubblici ed a privati, si fa riferimento in particolare agli eventi pluviometrici
occorsi nei giorni 20/08/2005, 28/08/2005 e 7/10/2005 a cui sono stati attribuiti tempi di
ritorno secolari.
60
4.1 L’Evoluzione storica della rete scolante modenese
La città di Modena è stretta fra i Fiumi Secchia e Panaro che si avvicinano fra loro a
nord della Via Emilia. Le acque piovane che cadono nella zona compresa fra la prima
collina e i due fiumi, non vi affluiscono direttamente, ma scorrono in una fitta rete di
torrenti e canali che al disotto della città formano il canale Naviglio. Questo riceve a
valle di Bastiglia, le portate provenienti dal cavo Minutara e dal Cavo Argine,
confluendo poi nel fiume Panaro a Bomporto. E’ questa la rete di canali che raccoglie le
acque meteoriche e di scarico prodotte dalla città e dalle sue attività produttive.
Questa particolare conformazione idrogeologica ha lasciato segni e tracce sulla struttura
urbana di Modena, sulla sua storia, sugli usi e costumi dei modenesi. L’acqua che
affluiva spontaneamente dalla campagna, ma anche attraverso canali costruiti
artificialmente per raccogliere acqua dal Secchia e dal Panaro in tempi di magra, era
fonte di benessere e ricchezza. Serviva per irrigare i campi e, attraverso ingegnosi
sistemi, consentiva di macinare il grano (molitura), lavorare le stoffe, conciare le pelli.
Grazie a sistemi di conche e chiuse era possibile risalire il Po e il Panaro dall’Adriatico
fino a Modena. Anche allora però, l’acqua era causa di alluvioni, epidemie e contese
talvolta anche violente. Fin dall’anno Mille le popolazioni cercarono di regolare i corsi
d’acqua a carattere torrentizio, attraverso opere idrauliche e deviazioni. Nel 1575 venne
istituito il Magistrato delle acque, l’autorità che aveva il compito di far rispettare,
attraverso “grida” e “notificazioni”, i regolamenti per lo sfruttamento dell’acqua. Con
l’avvento del vapore e, successivamente, della corrente elettrica, l’acqua ha perso
progressivamente importanza come fonte energetica; è così iniziata una lenta e costante
modifica del reticolo idrografico superficiale e fognario che ha portato all’attuale
conformazione. Un cambiamento fondamentale nel rapporto tra i modenesi e l’acqua è
avvenuto nel XVII secolo quando, per motivi igienici, è iniziata la copertura dei canali
all’interno della cinta muraria. Da quel momento i canali sono diventati sotterranei e
quindi non più visibili, sopra di essi sono state costruite strade ed abitazioni; mentre con
lo sviluppo della città anche al di fuori delle mura si sono progressivamente coperti i
corsi d’acqua circondati dalle nuove urbanizzazioni. La rete dei canali e delle cloache
storiche è diventata così la struttura portante dell’attuale sistema fognario.
61
4.1.1 La Palude a sud di Modena
“… In un paduglio suso uno fiumicello d’acqua di fontana bellissima …”
Basta questa frase concisa e fresca come l’acqua dei fontanazzi modenesi a fare intuire i
contorni della “Mutina romana” che sta per nascere come entità urbana nella mente del
console romano Fabrizio nell’anno 223 prima dell’era volgare.
Il console Fabrizio, accampato con i suoi legionari non esita a decidere: “...si deve
costruire una città in questa campagna ubertosa che ha, come confini naturali con
funzioni difensive, a oriente ed a occidente, due fiumi gonfi d’acque che scendono dalla
catena montuosa meridionale; e non manca l’acqua potabile generosamente offerta dai
fontanazzi della palude e dal fiumicello che ne deriva...”.
Il console romano essendo un ottimo urbanista ordina che le nuove abitazioni
sostituiscano le antiche capanne sulle rive della “Muculena” (Modenella) che sarà fulcro
di vita attiva per la città che sta crescendo.
Mutina diventerà così grande, opulenta per i commerci, in posizione e condizione
ottimale per difendersi.
Il “paduglio” citato dalla più antica cronaca modenese ha sfidato i secoli e lo ritroviamo
nel nostro dialetto giustamente al plurale, “i padoi”, ad indicare l’area meridionale della
città con propaggini a est sino al tracciato della via Emilia e a ovest oltre allo stesso
tracciato dove formava “i laghetti di S.Cataldo”.
La palude ha resistito più di due millenni considerando come ultimo residuo quei prati
allagati dai fontanazzi che solo pochi anni fa, prima della costruzione di nuovi quartieri,
si stendevano tra il viale Amendola e la via Panni attuale.
La grande palude che dalle mura di mezzogiorno si estendeva fino alla località di
Baggiovara fu causa di aspre contese, in periodo medioevale, tra il vescovo e il comune
di Modena.
Il primo accampava diritti, concessi ai suoi predecessori da imperatori del periodo post-
carolingio, all’ interno della città e fuori dalle mura per tre miglia in ogni direzione e
ovviamente anche sulla palude. Il vescovo pretendeva non solo il diritto di proprietà, ma
il legittimo potere di giudicare nelle cause criminali, nelle tutele, nei duelli, nell’attività
mercantile e in ogni altro tipo di vertenza. Il comune, dal canto suo, non riconosceva tali
diritti episcopali, cancellati da Federico Barbarossa con la dieta di Roncaglia del 1158 e
62
definitivamente annullati con la pace di Costanza del 1183 tra i comuni della lega
lombarda e l’imperatore Federico II.
Nel 1227 si giunse finalmente ad un concordato tra il vescovado ed il comune, siglato
da due notai imperiali: il comune, e quindi i cittadini, ottennero il diritto perpetuo sulla
palude, allora detta palude di Baggiovara, ad eccezione di una modesta parte contigua
ad un prato di proprietà del Vescovo, situato a sud ovest della cinta muraria, di
superficie pari a 18 iugeri, che corrispondono circa 45000 m2 di oggi, contenente però il
maggior numero di fontanazzi.
La bonifica della palude inizia proprio con il concordato del 1227 perché dopo questo
anno sia il Comune che il Vescovo affittano tratti di palude a conduttori che hanno
l’obbligo di scavare fossati per rendere coltivabile il terreno. Data la vastità della palude
e i pochi uomini che vi lavoravano non si completò in breve la bonifica. Cento anni
dopo infatti negli statuti del 1327 si lamentava non solo la presenza di acque stagnati
private delle correnti dei fontanili per azionare i mulini, ma soprattutto la inevitabile
conseguenza, definita esalazioni mefitiche, temuta come causa principale del dilagare
delle pestilenze.
Agli inizi del ‘400, quando gli Estensi di Ferrara sono diventati definitivamente i signori
di Modena, il Marchese Nicolò III si interessa in particolare della palude rimasta a sud
della città. A tale scopo invia nel 1425 i suoi più qualificati ingegneri idraulici come
l’ingignero Giovanni e Pietro Paulo Barbalonga che provvedono a abili lavori per
immettere le acque chiare dei fontanili nei canali che entrano in città. Con questa
operazione idraulica si ritorna alla condizione naturale efficiente sino al concordato del
1227: i cittadini possono di nuovo usufruire dell’acqua dei fontanili all’interno della
città per migliorare le condizioni igieniche e per incrementare l’attività produttiva.
Successivamente col trascorrere degli anni e dei secoli, lotto dopo lotto la palude viene
bonificata integralmente, la terra si fa fertile ed adatta ad ogni tipo di coltura.
La terra degli ultimi coriandoli acquitrinosi, bonificati nei tempi più vicini a noi:
(seconda metà dell’Ottocento) è limacciosa e sabbiosa, ottima per coltivare i meloni
nelle numerosissime melonaie collocate a Sud dell’attuale Carlo Sigonio, frutto tanto
amato dai vecchi modenesi.
I primi canali vennero “voltati” già in epoca medioevale allo scopo di consentire
l’edificazione all’interno della cinta muraria. Tra il 1500 e il 1700 vennero
63
progressivamente voltati, allo scopo di ottenere un risanamento e ammodernamento
edilizio e igienico in considerazione del sempre crescente numero di cittadini che
intendevano abitare all’interno delle mura. Con l’insediamento del duca Francesco I, nel
1595, la città assunse un volto nuovo più moderno e adeguato all’altezza del rango della
sua casata, si operò quindi un importante risanamento della città attraverso la copertura
delle cloache e dei canali in transito nella parte posteriore dei fabbricati corrispondenti
alle latrine dei fabbricati stessi. Infatti il centro storico della città di Modena è
organizzato con una rete di cloache e di canali che transitano all’esterno dei fabbricati,
dove nella maggior parte dei casi i muri in elevazione di questi sono parte integrante dei
muri in elevazione dei canali. La gran parte dei fabbricati del centro storico possiedono
dei cavedi all’interno dei quali transitavano le cloache gonfie di acqua corrente idonee
quindi anche al trasporto di ogni oggetto di rifiuto proveniente dagli alloggi.
4.1.2 Le prime proposte di risanamento igienico della città
La situazione descritta nei paragrafi precedenti sulla collocazione dei canali e delle
cloache sotto i fabbricati, con il trascorrere dei secoli provocò un diffuso stato di
degrado igienico - ambientale a causa delle dispersioni dei canali in mattoni
nell’ambiente circostante. La condizione dei canali e delle cloache all’interno delle
mura, cominciò a preoccupare seriamente gli amministratori dei comuni che si sono
succeduti nei vari anni. Nella seconda metà dell’ottocento venne attuato un importante
risanamento della città sotto l’aspetto Edilizio - Igienico - Urbanistico, con demolizioni
di interi isolati malsani per far posto a piazze e vie più ampie. Fu in questo contesto che
l’allora assessore all’Igiene volle affrontare seriamente e per la prima volta il
problema della rete fognaria e dell’acqua potabile della città. Affidò quindi al
Professor Pantanelli riconosciuto e stimato esperto studioso del sottosuolo modenese e
delle sue acque, docente all’Università di Modena , il compito di studiare e risolvere i
gravi problemi igienici divenuti ormai insopportabili dalla cittadinanza. Il professor
Pantanelli si mise subito al lavoro e , tra il 1898 e il 1899, compie una serie di analisi
batteriologiche su sette pozzi e fontane pubbliche tra le più frequentate della città.
I risultati furono sconfortanti: il contenuto di batteri per centimetro quadro d’acqua era
elevatissimo, inoltre viene evidenziata una correlazione tra la falda idrica superficiale
64
che alimenta i pozzi, le fontane cittadine e la rete sotterranea dei canali, in quanto si
riscontra un aumento dei batteri nelle acque in concomitanza di piogge intense.
Questa correlazione viene accentuata dal fatto che i canali trovano ostacolo al loro
naturale deflusso, dalle chiuse o sostegni dei Mulini Nuovi, necessari per innalzare il
livello delle acque al fine di creare il salto industriale indispensabile per la Molitura
che viene attuato cinque giorni alla settimana, nonché dal salto necessario alla
navigazione sul Canale Naviglio.
Soddisfatti e al contempo preoccupati dalla esauriente relazione del Prof. Pantanelli, gli
amministratori comunali decidono di affrontare con decisione la risoluzione dei
problemi legati al risanamento igienico della città: rete fognaria, rete dei canali e
cloache. Tra il 1902 e il 1911 vennero presentate tre proposte progettuali di risanamento
della rete fognaria e dei canali:
• La prima proposta, sicuramente molto illuminata per l’epoca in cui venne
presentata, fu dell’Ing. Torricelli il quale propose la realizzazione di una
condotta in gres in sede stradale per la raccolta delle sole acque nere, mentre le
acque meteoriche venivano raccolte con altra condotta sempre in sede stradale.
L’Ing. Torricelli precorse quindi i tempi proponendo un sistema fognario a reti
separate già un secolo fa.
• La seconda proposta fu dell’Ufficio Tecnico Comunale il quale propose il
rifacimento dei canali e delle cloache sempre sotto i fabbricati. Si trattò di una
proposta di risanamento strutturale e al contempo igienico, ma non in grado di
risolvere alla radice i problemi evidenziati dal Prof. Pantanelli.
• La terza proposta fu sempre dell’Ufficio Tecnico Comunale con un progetto di
grande rilevanza tecnica: (Progetto 1911). Il Progetto prevedeva il trasporto e la
ricostruzione in sede stradale di tutti i Canali e Cloache presenti sotto i fabbricati
con la relativa eliminazione fisica degli stessi da sotto le case. Tale proposta
conteneva più di cento tavole con un livello di dettaglio progettuale esecutivo, il
relativo programma lavori era previsto per stralci funzionali in un arco di tempo
superiore ai dieci anni. Il progetto, qualora fosse stato attuato, avrebbe risolto
65
completamente il problema della rete fognaria nell’attuale centro storico. Vi
furono però due ragioni che non ne permisero la realizzazione: la prima di
ordine economico, in quanto il Ministero delle Opere Pubbliche condizionò
l’erogazione del finanziamento alla contestuale realizzazione della rete
acquedottistica, la seconda di ordine bellico in quanto i venti della prima guerra
mondiale non permisero l’inizio della realizzazione dell’opera. Le prime due
proposte non vennero invece attuate in quanto le Amministrazioni che si
succeddettero, non confermarono le progettazioni precedentemente elaborate.
4.1.3 Il risanamento igienico della città nel ‘900
Dopo la grande occasione persa dovuta alla mancata attuazione del “grande progetto di
risanamento igienico della città del 1911” per cause legate alla situazione politica e
sociale italiana nel corso del XX secolo, le proposte e i progetti di risanamento ripresero
solo dopo la seconda metà del 1900.
Le principali proposte di pianificazione complessiva e risanamento della rete fognaria
comunale nonché di riequilibrio del sistema scolante che vennero presentati furono le
seguenti:
• Progetto del 1970 denominato anche “Progetto Bonatti – Barozzi”
Nel quale l’elemento caratterizzante della proposta fu: un “Piano Generale di
Sistemazione e Ampliamento della Fognatura Urbana della Città”. Il Progetto pur
non affrontando alla radice i problemi della rete fognaria e dei canali posti sotto i
fabbricati, contribuì ad un forte ed importante risanamento igienico della città con
importanti opere di copertura di canali e ampliamento della rete fognaria urbana e
extraurbana. Inoltre realizzò opere di miglioramento dei deflussi in transito nei
canali quali:
a) Eliminazione delle “barricazioni esistenti” e altri ostacoli al deflusso delle acque
in corrispondenza dei Mulini della Sacca e dei Mulini Nuovi sul canale Naviglio;
b) L’installazione di un “Idrometrografo” sul canale Naviglio in grado di misurare il
livello idrometrico delle acque in transito nell’arco delle 24 ore in accordo con
l’Ufficio Idrografico del Po;
66
c) Identificazione dell’ubicazione del luogo e del tipo di impianto di depurazione
centrale della città che successivamente venne realizzato.
• Piano di tutela e l’uso della risorse idriche del Comprensorio di Modena
(1981)
L’elemento caratterizzante del piano fu un vasto e approfondito studio riguardante
tutto il Comprensorio modenese in tema di risorse idriche con analisi approfondite
su: 1) usi delle acque, i bilanci idrici, fabbisogni e risorse in Emilia Romagna 2)
acque superficiali e sotterranee del comprensorio modenese e caratteristiche
idrauliche dei fiumi principali (Secchia e Panaro) 3) il fenomeno della subsidenza
nel territorio e le conseguenze sul territorio modenese 4) il risanamento idrico del
territorio 5) il censimento delle reti fognarie dei Comuni nel Comprensorio.
Il piano resta oggi un riferimento su diverse tematiche riguardanti le risorse idriche
del territorio.
• Programma ( FIO 1984 ) della Regione Emilia Romagna
Nel quale vengono indicate le varie opere di riequilibrio idraulico prioritarie per
ottenere la salvaguardia del territorio comunale dalle esondazioni.
• Piano di Risanamento della Rete Fognaria Urbana e della Rete Idrografica
del territorio comunale ( U. Maione 1985 ).
Il piano rappresenta, assieme al progetto del 1911, lo studio più approfondito mai
realizzato sulla rete fognaria comunale. La proposta traccia le linee guida di una
sistemazione globale della rete fognaria e dei canali di scolo indicando i principali
obbiettivi da raggiungere per il risanamento complessivo del territorio e il relativo
riequilibrio idraulico per la salvaguardia del territorio dalle esondazioni.
Tale piano resta tutt’ora punto di riferimento per tutti i progettisti di opere
idrauliche, in particolare per quanto attiene ai dati relativi alla idrologia del
territorio.
67
• Piano di risanamento e ristrutturazione della rete fognaria urbana Centro
Storico (U. Maione 1987).
Il progetto pur riguardando la risoluzione di uno specifico problema idraulico del
canale San Pietro in transito sotto i fabbricati di via Fonteraso, contribuì alla
realizzazione di un importante riequilibrio idraulico di tutto il Centro Storico
attraverso la realizzazione di uno scolmatore in viale Muratori che intercetta tutti i
canali provenienti da Sud cosiddetti canali di Palude: Canal Chiaro, Canale
Modenella, Fossa Paduli, deviandoli nel Canale San Pietro fuori dal centro storico.
Attraverso questa importante opera è stato posto in sicurezza il centro storico da
livelli idrometrici importanti, in quanto vengono deviati all’esterno nel canale San
Pietro.
4.2 I bacini fra Secchia e Panaro ed il reticolo idrografico superficiale
Tra i due Fiumi Secchia e Panaro si possono distinguere tre bacini fondamentali che si
differenziano per le loro caratteristiche idrauliche.
Sono il bacino del Canalazzo di Cittanova a ovest, il Bacino del Canale Naviglio nella
parte centrale, il bacino del torrente Tiepido a Est.
Il bacino del Canalazzo di Cittanova
Si estende dalla frazione di Marzaglia a ovest, alla direttrice Baggiovara-Cognento a
Est, dalla Fossa di Spezzano a Sud, al Fiume Secchia a nord.
La superficie scolante è di circa 3000 ettari, ha una lunghezza in senso nord-sud di circa
9500 km e una larghezza media di circa 3100 km. La quota massima e quella minima
sono rispettivamente di 90 e 40 m/s.l.m. La pendenza media del bacino è di circa il 5 per
mille.
L’emissario di questo bacino è il Canalazzo di Cittanova che sfocia nel Fiume Secchia
attraverso uno sbocco libero.
Questo canale ha funzione principalmente di scolo e raccoglie le acque provenienti dalla
Fossa Ghiarola, dalla Fossa santa Liberata, dalla Fossa Colombarone, Fossa Gazzuoli,
68
Fossa Stradella, Cavo Carasseto, Fossa Orsi, Fossa Bissara, Scolo Dugaro, Canale
Diversivo. Tutti questi canali appartengono al Comune di Modena.
Gli insediamenti urbani che ricadono in questo bacino sono costituiti dalla frazione di
Cittanova oltre agli agglomerati lungo la strada Corletto.
Il bacino del Naviglio
Si estende in senso nord-sud dal comune di Bomporto, a quota 25 m/s.l.m. fino alla
Fossa di Spezzano, all’altezza del comune di Maranello, a quota 116 m/s.l.m. per uno
sviluppo di 26.250 km.
In senso est-ovest si estende dalla congiungente Baggiovara-Cognento (limite ovest del
bacino del Canalazzo di Cittanova) a quota 48 m/s.l.m., alla confluenza del Torrente
Grizzaga col Torrente Tiepido a quota 35 m/s.l.m., per uno sviluppo massimo di 8.750
km.
In quest’ultima direzione i limiti di bacino coincidono con i limiti urbanizzati della città
di Modena.
La superficie complessiva interessata è di 12.834 ettari, considerando la sezione di
chiusura a Bomporto.
La giacitura del bacino presenta tre distinti andamenti altimetrici: la parte sud compresa
fra la Fossa di Spezzano ed il confine comunale modenese ha una pendenza media dello
0,5 per mille, la parte che comprende l’area urbana della città fino alla confluenza dei
canali Naviglio e Soratore ha una pendenza media dello 0,2 per mille, mentre la parte
restante fino alla confluenza dello stesso canale Naviglio nel Fiume Panaro ha una
pendenza media dello 0,1 per mille. Da questi dati si evince immediatamente come il
degradare progressivo della pendenza del territorio modenese, procedendo dalle pendici
collinari verso le sezioni di chiusura dei bacini idrografici che lo compongono e ancora
di più procedendo verso l’immissione del Canale Naviglio nel Fiume Panaro a
Bomporto, rappresenta un limite morfologico imprescindibile alla capacità di deflusso
delle acque nei corsi d’acqua superficiali in cui recapita il sistema di drenaggio urbano
del capoluogo. Tale limite strutturale ha inevitabili ripercussioni anche sullo stato della
qualità delle acque, dovuto al loro lento deflusso nei corpi idrici superficiali della bassa
69
pianura modenese in cui recapitano direttamente gli scaricatori di piena della rete
fognaria urbana del capoluogo.
All’interno di questo bacino si distinguono tre ulteriori sottobacini.
Il sottobacino del Canalazzo di Freto
Questo primo sottobacino è costituito dall’area posta tra la frazione di Cittanova, la
frazione di Tre Olmi, e le zone Bruciata e Madonnina ed ha come emissari finali il
Canalazzo di Freto che raccoglie le acque del Canale di Marzaglia (con preminenti
funzioni irrigue), Fossa santa Liberata, Rio Pellicciari, Rio Marzano, Fossa Grillenzona,
Fossa Parmeggiani, Canale di Freto, Fogna Anesino, Collettore Borgomozzo, Collettore
san. Geminiano, Collettore di Cognento, Fossa Salvatori, Cavo d’Avia.
Il Canalazzo di Freto si immette direttamente in Secchia attraverso uno sbocco
condizionato (mediante sistema di paratoie automatizzate) che si chiude durante gli
eventi di piena del fiume. L’area complessiva del bacino è di 781,25 ettari ed ha una
pendenza media dell’1 per mille.
Il sottobacino centrale del Canale Naviglio
Il sottobacino centrale del canale Naviglio si estende dalla Fossa di Spezzano alla
confluenza del Canale Soratore con il Canale Naviglio e comprende la città di
Formigine, la frazione di Casinalbo e la maggior parte dell’area urbana del territorio
comunale.
L’emissario finale è costituito dal Canale Naviglio che raccogli le acque dei seguenti
collettori principali (procedendo da ovest verso est): Collettore di via Cavazza, Fossa
Quartarezza, Circondariale Ovest, Cavo Cerca, Canale Sora, Canale d’Abisso, Canalino,
ramo Cerca interna, Canal Chiaro, Canale Modenella, Circondariale est, Cavo
Archirola. Lo stesso Naviglio riceve poi apporti idrici dal Fiume Panaro e dal Fiume
Secchia destinati, originariamente, all’irrigazione dei terreni agricoli situati a ridosso
dell’abitato nonchè come forza motrice dei numerosi opifici presenti; ora invece,
70
deputati al dilavamento della rete fognaria del centro storico della città, essendo per
circa l’80% posti al di sotto dei fabbricati.
Figura 4.1 – I canali del centro storico (G. Bartoli, 2003)
Dal Panaro abbiamo il Canale S. Pietro e il Canale Diamante; dal Fiume Secchia
abbiamo il Canale Maestro che a valle della Fossa di Spezzano si divide in Canale di
Corlo e Canale di Formigine, questi due ultimi corsi d’acqua assumono la funzione di
recapito delle acque meteoriche provenienti dagli agglomerati urbani che attraversano a
monte del Comune di Modena.
Considerando la sezione di chiusura all’altezza dell’impianto di depurazione centrale su
canale Naviglio in località Bertola, la superficie complessiva del bacino afferente è di
6.015,75 ettari.
Il bacino presenta due andamenti altimetrici: nella parte a sud con una pendenza media
del 1 per mille, mentre nella parte a nord con pendenze dell’ordine del 2 per mille.
71
Dalla sezione di chiusura considerata, il Canale Naviglio prosegue sino alla confluenza
col Fiume Panaro in Comune di Bomporto, caratterizzata da uno scarico condizionato
mediante porte vinciane, con una pendenza media complessiva dello 0,5 per mille.
Figura 4.2 – Porte vinciane sul canale Naviglio alla confluenza con il Fiume Panaro
Il sottobacino est
Il sottobacino est comprende la parte orientale della città ed è delimitato a sud dalla
zona della località Santa Maria di Mugnano, a nord dalla congiungente Bastiglia
Bomporto, a ovest dalla congiungente la strada di Albareto-via Bonacini via Cucchiari e
la sponda destra del cavo Archirola, a est dal bacino del Torrente Grizzaga e dal Fiume
Panaro.
I principali canali che raccolgono le acque di questo bacino sono: il cavo Minutara, il
Cavo Argine, e la Fossa Monda ai quali afferisce una rete minore composta da una serie
di collettori e di fognature di piccolo diametro.
La superficie complessiva del bacino è di 3.903 ettari con una pendenza media dell’ 1
per mille.
72
Il bacino del Torrente Tiepido
Il Bacino del Torrente Tiepido si estende in senso nord-sud: dalla sua confluenza nel
Fiume Panaro immediatamente a valle della via Emilia Est in località Fossalta, alla
pedemontana appenninica per una lunghezza complessiva di 28 km. In direzione ovest-
est: dal Bacino del Canale Naviglio fino alla sponda sinistra del Torrente Nizzola per
una lunghezza variabile da 3 a 5 km, sviluppandosi su una superficie complessiva di
11.200 ettari.
Le quote massime e minime del piano campagna sono rispettivamente 875 m/s.l.m. e 33
m/s.l.m.
Questo Bacino presenta diversi andamenti altimetrici. La parte a sud ha pendenze molto
accentuate, mentre la parte a nord, ha un andamento pianeggiante con una pendenza
media del 1 per mille.
I suoi principali corsi d’acqua sono i Torrenti Grizzaga, Gherbella, Tegagna e lo stesso
Torrente Tiepido.
Tra i fossi di scolo di rilevanza idraulica sono da ricordare la fossa Bernarda, la fossetta
di via Grande e lo scolo Acquetta.
Viene tagliato trasversalmente dai canali irrigui S. Pietro e Diamante provenienti dal
Fiume Panaro.
Nell’area modenese del bacino ricadono le frazioni di S. Damaso, S. Donnino, Portile,
Paganine e le località Fossalta e Fornace.
Il torrente Tiepido confluisce nel Fiume Panaro attraverso uno sbocco libero, dopo aver
ricevuto le acque del torrente Grizzaga poco più a monte della via Emilia est in località
Fossalta e dopo che quest’ultimo ha a sua volta ricevuto le acque del Torrente
Gherbella.
I canali irrigui derivati
La caratteristica peculiare dell’idrografia modenese è dovuta alla presenza di alcuni
canali artificiali che derivano acque dai fiumi Secchia e Panaro.
Dal Fiume Secchia ha origine: il Canale di Marzaglia, il Canale Maestro, che a valle
della Fossa di Spezzano si divide in Canale di Corlo (denominato anticamente canale
73
dei mulini) e Canale di Formigine; questi due corsi d’acqua, dopo aver attraversato gli
agglomerati di Corlo, Formigine, Casinalbo e Baggiovara afferiscono alla rete fognaria
urbana della città di Modena.
Dal fiume Panaro hanno invece origine i canali S.Pietro e il Canale Diamante.
Attualmente il Canale di Marzaglia e il Canale Diamante, non risultano più in grado di
derivare acqua a causa dell’abbassamento degli alvei dei Fiumi Secchia e Panaro,
provocato principalmente dall’escavazione di ghiaia esercitata nel corso dei decenni
trascorsi.
74
75
Capitolo 5.
Il modello numerico della rete fognaria della città di Modena
5.1 La rete di drenaggio della città
La rete di drenaggio di Modena è per il 90% di tipo misto, con alcuni tratti di rete
separata, al 2005, circa 45 km.
Le informazioni relative alla rete completa sono disponibili su file in formato
proprietario di un programma GIS (Geographic Information System), ArcView 3.2 della
ESRI Inc.
Per l’utilizzo del software InfoWorks CS al fine di realizzare un modello numerico
quali-quantitativo funzionale all’utilizzo anche a scopi non prettamente scientifici, ma
progettuali e gestionali, si è scelto di semplificare la rete, implementando nel modello
numerico una “rete maggiore” senza però perdere informazioni utili per una
simulazione realistica ed efficace del comportamento del sistema di drenaggio.
Individuate, infine, le incongruenze, le deficienze e gli errori veri e propri presenti nella
rete così predisposta, sono state apportate le dovute correzioni, grazie al confronto con
mappe (in formato cartaceo e digitale) ed elaborati progettuali messi a disposizione dal
Settore Ambiente del Comune di Modena e da Hera S.p.A.
La rete di drenaggio della città di Modena è prevalentemente, come detto di tipo misto,
con alcuni tratti di rete separata: bianca e nera corrispondente in particolare ai nuovi
interventi edificatori attuati sul territorio.
La città ha sempre avuto un forte legame con il "tema acqua" essendo racchiusa
territorialmente tra i due fiumi Secchia e Panaro, alle cui quote di massima piena, il suo
assetto altimetrico soggiace.
La fascia collinare posta alle spalle di Modena con terreno, la cui pendenza è variabile
secondo la direttrice Sud-Nord, recapita le acque del territorio verso i canali posti a
Nord della città. Complessivamente la fitta rete di canali e cloache del territorio supera i
700 km, comprensiva dei 20 km delle cloache presenti all'interno del centro storico
76
"voltate" intorno al XVI secolo. L'importanza di queste cloache, le cui sezioni variano
da 80 cm. a 6 m., non è mai stata solamente di natura idraulica, ma certamente anche di
natura urbanistica, in quanto nel corso dei secoli, il reticolo dei canali ha fortemente
condizionato la conformazione e lo sviluppo del centro urbano.
Fino alla fine del secolo scorso, questa abbondanza d'acqua in transito nel territorio, resa
disponibile sia dai numerosi fontanazzi presenti a Sud della città, sia da canali
provenienti dal fiume Panaro (canale S. Pietro) che dal fiume Secchia (canale Maestro),
era considerata una grande risorsa, in quanto consentiva la navigazione nel Canale
Naviglio e nel contempo l'attività dei numerosi mulini presenti lungo i corsi d’acqua.
Dal dopoguerra ai giorni nostri il processo evolutivo che ha interessato la città e con
questo, lo sviluppo delle aree urbane, ha prodotto un aggravamento della situazione
idraulica complessiva del territorio, inducendo alterazioni in termini di: infiltrazioni nel
suolo, velocità dei deflussi superficiali e qualità delle acque.
Si è quindi assistito ad una progressiva riduzione dei franchi idraulici originari
posseduti dai bacini urbani ed extraurbani prima del "consumo territoriale" subito dalle
aree soggette ad interventi edificatori. Oltre a questo, è da considerare, come le crescenti
portate meteoriche in transito nella rete fognaria provochino delle alterazioni, a causa
della eccessiva diluizione indotta sulle acque di scarico, ai processi depurativi
dell'impianto centrale sul Canale Naviglio.
Per le ragioni sopra esposte, il bilancio idraulico attuale del territorio oltre a non
consentire, se non a seguito di determinati interventi strutturali e non, alcun incremento
delle attuali superfici impermeabilizzate, richiede interventi strutturali di sgravio e
attenuazione delle portate oggi afferenti al Canale Naviglio.
Il centro storico della città di Modena, come in precedenza riportato, è attraversato da
circa 20 km di cloache in mattoni che transitano per il 90% sotto i fabbricati, ciò ha
inevitabilmente provocato nel corso dei secoli e provoca tutt’ora, problemi di ordine
igienico-sanitario e strutturale, legati anche al difficoltoso accesso da parte degli
operatori in grado di eseguire opere di manutenzione e pulizia degli stessi.
Gli interventi di pulizia della rete vengono effettuati attraverso tre dilavamenti annuali
concentrati nel periodo estivo; mentre la salvaguardia delle strutture in mattoni delle
cloache, viene attuata attraverso una limitazione dei carichi veicolari diretti al centro
storico.
77
I canali principali che transitano nel centro storico sono, procedendo da Ovest verso Est:
Fossa Circondariale Ovest, Cerca Interna, Canale Sora, Canal Chiaro, Canale
Modenella, Canale d’Abisso, Canalino, Canale San Pietro, Fossa Circondariale Est,
Terraglio.
Allo stato attuale la rete presenta un interrimento complessivo medio che varia tra i 20 e
i 40 cm. ciò provoca una riduzione delle sezioni dei collettori ed una conseguente
limitazione della capacità di smaltimento delle portate afferenti, oltre che un ulteriore
decremento qualitativo delle acque in transito.
La rete di drenaggio all’esterno della vecchia cinta muraria che quindi svolge la
funzione di recapito per le reti di drenaggio a servizio dei nuovi quartieri sorti nel corso
degli anni, è caratterizzata da dorsali molto interconnesse afferenti principalmente al
Canale Naviglio. Procedendo da Ovest verso Est a ridosso del centro urbano ed
evidenziando solo i sistemi idraulicamente significativi abbiamo: il sistema del
Canalazzo di Freto afferente direttamente nel Fiume Secchia, il canal Bianco afferente
al sistema Cerca-Soratore -Naviglio, la Cerca Esterna e il cavo Sartori entrambi tributari
del sistema Soratore-Naviglio, il Cavo Archirola, la Fossa Paduli tributaria della Fossa
Circondariale Ovest, il Cavo Minutara che riceve i contributi di gran parte delle aree a
Sud-Est della città afferente al canale Naviglio poco a monte del Comune di Bomporto,
il Cavo Argine ed infine la Fossa Monda tributaria del cavo Minutara, che drena un
vasto bacino esteso sino a sud della città all’interno del quale risiede il villaggio
artigiano Modena Est.
Sono oggi in corso opere di grande rilevanza idraulica tese a sottrarre quote di bacino e
aliquote di portata al canale Naviglio, in grado così di riequilibrare l’intero sistema
idraulico territoriale. In merito a quanto detto si riportano solamente le due principali
opere: la prima è rappresentata dal Nuovo Collettore di Levante, ormai giunto al terzo
stralcio, che effettua un trasferimento di portata dai canali posti a monte del centro
storico al Cavo Minutara a est; la seconda invece è rappresentata dal Diversivo
Martiniana posto a sud dell’autostrada e del territorio comunale, in grado di effettuare
un taglio di bacino, sottraendo così al Canale Naviglio, una quota significativa dei
bacini posti a monte della città, anche in territorio extra comunale, che contribuiscono
oggi in termini rilevanti al bilancio complessivo delle portate transitanti nel sistema di
drenaggio.
78
Figura 5.1 – Rappresentazione GIS del reticolo di drenaggio del Comune di Modena
79
Figura 5.2– Rappresentazione GIS della rete fognaria completa del centro urbano della città
Nella successiva Figura 5.3 viene riportata la versione definitiva della “rete maggiore”
di drenaggio implementata nel modello di calcolo InfoWorks CS 8.05.
Figura 5.3 – Versione definitiva della rete simulata
80
5.1.1 I Macro Bacini di drenaggio
L’implementazione del modello numerico si è basata su un analisi preventiva delle
caratteristiche morfologiche del territorio articolata in tre fasi, al fine di suddividere il
territorio stesso, prima in una serie di macrobacini di drenaggio, poi di bacini ed infine
di sottobacini (sottoinsiemi dei complessivi bacini) drenati dal sistema fognario
modenese. Nella tavola di seguito allegata “Carta dei Bacini” si riporta la suddivisione
del territorio analizzato, in tre macro bacini e cinque bacini ciascuno dei quali presenta
caratteristiche proprie in merito ai deflussi originati, si fa notare come la rete di
drenaggio urbana propria della città di Modena sia fortemente interconnessa con le aree
rurali circostanti e come dai territori posti a monte del confine comunale modenese
giungano alla rete in esame apporti idrici difficilmente stimabili con precisione per la
mancanza di sezioni strumentate, in grado di fornire dati di portata in occasione di
eventi pluviometrici.
Il bacino centrale della città, in planimetria rappresentato in colore rosso infatti si
estende a sud ben oltre non solo il centro urbano della città ma anche i confini comunali
modenesi tanto da coinvolgere altri comuni il cui territorio risulta oggi fortemente
urbanizzato, si fa riferimento in particolare al comune di Formigine, e che risultano
avere come recapito finale delle acque meteoriche proprio il canale Naviglio, cioè la
sezione di chiusura del bacino urbano della città di Modena a cui il nostro studio si
rivolge. In fase di calibrazione del modello numerico, proprio questa ultima
caratteristica del territorio, ha richiesto lo svolgimento di diversi sopraluoghi e rilievi
delle sezioni dei canali posti in prossimità del confine comunale sud, destinati al
drenaggio dei bacini extra comunali al fine di determinare con massima accuratezza il
bilancio idrico delle portate addotte ai recapiti della rete in esame.
Date le differenti caretteristiche morfologiche del territorio analizzato, inoltre, si è
ritenuto opportuno dettagliare lo studio delle differenti tipologie superficiali afferenti
alla rete di drenaggio della città. Tale analisi si è avvalsa dell’utilizzo dello strumento
GIS ArcView 3.2 attraverso il quale è stato possibile gestire dati georeferenziati e così
poter suddividere il territorio in 4 tipologie di superfici: strade, tetti, verde urbano e
territorio rurale. Nella tavola presentata di seguito si mostra la suddivisione del territorio
urbano del comune di Modena, in queste quattro tipologie di superfici.
81
5.1.2 Gli scaricatori di piena principali della rete
La dislocazione spaziale degli scaricatori di piena posti sul territorio, individuati
attraverso triangoli di colore giallo e codici numerici, viene riportata nella tavola di
seguito allegata insieme alla documentazione fotografica riferita a ciascuno di essi.
Lo scaricatore SC1 sul Cavo Carrobbio
Lo scaricatore SC2 sul Canalazzo di Freto
82
Lo scaricatore SC3 sul Cavo Levata
Lo scaricatore SC4 del Cavo Soratore sul Canale Naviglio
83
Lo scaricatore SC5 sul Canale Naviglio
Lo scaricatore SC6 sul Cavo Minutara all’altezza di via Divisione Acqui
84
Lo scaricatore SC7 sul Cavo Argine all’altezza di via Nonatolana
Lo scaricatore SC8 sul Cavo Argine all’altezza di via Portorico
85
Lo scaricatore SC9 sul Cavo Minutara all’altezza di via Nonantolana
Lo scaricatore SC10 sulla Fossa Monda all’altezza di via Casette
86
Lo scaricatore SC11 sul Cavo Cazzola
Lo scaricatore SC12 sul Canal Nuovo di Albareto
87
5.2 Calibrazione di tempo asciutto
La determinazione delle portate di tempo asciutto (provenienti da scarichi civili,
industriali ed eventualmente dal drenaggio della falda urbana) che defluiscono
all’interno dei collettori della rete di Modena rappresenta un primo passo verso la
determinazione delle concentrazioni di inquinanti in arrivo agli scaricatori di piena.
Essendo infatti la rete di Modena, come detto, per la maggior parte una rete di tipo
misto, tali acque di scarico defluiscono in tempo di pioggia insieme alle portate pluviali
contribuendo evidentemente all’aumento delle concentrazioni dei principali parametri
chimico-fisici di queste ultime.
Quantificare le portate di tempo secco in transito nella rete di Modena, se pur con le
ovvie approssimazioni, è risultato importante anche alla luce dello stato dei collettori-
“cloache” del centro storico dove, date le scarse pendenze e l’impossibilità di eseguire
pulizie dei collettori, è notevole la presenza di sedimenti sul fondo dei condotti.
La frazione solida depositata, da una parte rallenta il deflusso delle portate di tempo
asciutto e dall’altra in occasione di eventi pluviometrici viene in parte rimessa in
sospensione incrementando la portata solida in arrivo agli scaricatori di piena.
Per poter eseguire la calibrazione di tempo asciutto del modello numerico della rete di
drenaggio sono stati raffrontati: da una parte la pluviometria dell’anno 2006 e dall’altra
le portate medie giornaliere in ingresso all’impianto di depurazione della città.
Dall’analisi della serie pluviometrica si sono individuate in particolare tre giornate
durante l’anno, precedute da un periodo di tempo secco superiore alle due settimane:
16/02/06, 26/06/06 e 15/11/06, in cui la portata in ingresso al depuratore pari a 788 [l/s]
si manifestava costante e quindi non influenzata da eventi meteorici
Al fine di rendere l’analisi il più fedele possibile alla situazione reale, sono stati
analizzati i consumi idrici fatturati all’interno del comune di Modena, che essendo stati
resi disponibili da HERA Modena insieme alle loro coordinate spaziali, è stato possibile
raffrontare con i dati demografici della popolazione residente, aggiornati al 2006.
Questa procedura ha permesso da una parte di quantificare spazialmente con buona
precisione la portata di tempo secco e dall’altra di selezionare alcune giornate feriali e
festive significative, per ciascuna delle quali sono stati calcolati i coefficienti orari della
variazione della portata di tempo secco nella rete fognaria.
88
coefficienti orari - Giornata Festiva
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Tempo [ore]
c(t)
01/04/2006 SABATO02/04/2006 DOMENICA11/03/2006 SABATO12/03/2006 DOMENICAC(t) MEDIO
Figura 5.4 – Confronto fra coefficienti moltiplicatori orari c(t) per giornate festive
Nella Figura 5.4 sopra riportata, sono descritti i coefficienti moltiplicatori orari dei
consumi acquedottistici registrati in diverse giornate festive dell’anno; l’analisi statistica
di tali dati ha portato alla definizione di una serie di coefficienti moltiplicatori orari
medi, in grado di rappresentare con buona approssimazione l’andamento dei consumi
acquedottistici nell’arco delle 24 ore.
La stessa procedura statistica è stata adottata una volta individuate alcune giornate
feriali significative durante il 2006 e come per il caso precedente è stato possibile
definire una serie di coefficienti orari per le giornate feriali dell’anno Figura 5.5
Entrambe queste curve c(t) sono state implementate come dati di input nel software di
calcolo ed applicate ad un valore di dotazione idrica media proprio del territorio
considerato.
89
coefficienti orari - Giornata Feriale
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Tempo [ore]
c(t)
05/04/200606/04/200627/04/200609/03/2006C(t) MEDIO
Figura 5.5 – Confronto fra coefficienti moltiplicatori orari c(t) per giornate feriali
Gli stessi dati, riferiti all’anno 2006, hanno permesso di stimare la dotazione idrica
media per il comune di Modena in 250 [ /( )l ab gg⋅ ], così da poter essere inserita come
dato di input nel software di simulazione insieme ai dati demografici della popolazione
residente.
Si è scelto di adottare per la simulazione numerica delle portate di tempo asciutto una
dotazione idrica pari a 250 [ /( )l ab gg⋅ ] per poter così tenere conto del consumo idrico
industriale e quindi aggregare tale aliquota di portata al dato demografico dei residenti
nel territorio comunale; tale approccio consente infatti di rispettare l’equazione di
continuità del bilancio idrico.
Di seguito, in Figura 5.6, viene riportato l’andamento orario simulato della portata di
tempo asciutto in arrivo al depuratore centrale di Modena simulato dal modello
numerico, sono specificati in aggiunta gli andamenti orari delle medesime portate
defluenti nei collettori principali in ingresso al depuratore.
90
Portate di tempo secco in ingresso al Depuratore
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Tempo [ore]
Q [m
3/s]
Naviglio-Soratore Coll di Nord_Est TOT Portata al Dep
Figura 5.6 – Portate di tempo asciutto al depuratore simulate da InfoWorks
Come mostrato dal grafico, l’andamento della portata totale in ingresso al depuratore
(curva rossa) risulta essere quello medio rilevato dalle osservazioni effettuate sul
campo.
5.3 Analisi di Sensitività dei parametri idrologici
Premessa
Un modello matematico di drenaggio urbano, in funzione dell’approccio metodologico
che adotta nel rappresentare i fenomeni fisici che avvengono sia sul bacino scolante che
all’interno della rete, riesce a fornire risultati soddisfacenti, cioè in buon accordo con i
dati registrati in campo, se si adottano nelle procedure di calcolo appropriati valori dei
parametri che caratterizzano le relazioni di calcolo alla base dei risultati stessi.
91
Accade spesso, inoltre, che la risposta del bacino sia di tipo non lineare e quindi, che i
valori dei parametri che forniscono le ricostruzioni con scarti minori tra grandezze
misurate e simulate siano diversi da evento a evento.
A queste incertezze si deve aggiungere che non sempre i parametri dei modelli riescono
a conservare il significato fisico a essi direttamente legato (si pensi al coefficiente
d’afflusso, al volume dei piccoli invasi nel semplice metodo dell’invaso o al tempo di
ruscellamento nell’altrettanto semplice metodo della corrivazione) sicché spesso si
finisce con l’attribuire agli stessi parametri l’intera incertezza di carattere idrologico e
idraulico della modellazione adottata. In tal modo l’utente del modello, non
riconoscendo più in maniera inequivocabile il significato dei parametri e quindi il più
credibile valore da attribuire agli stessi all’interno di una prefissata fascia, rischia di
effettuare simulazioni poco corrette e pervenire a risultati tutt’altro che affidabili.
L’affidabilità delle previsioni di progetto ottenute con i modelli, pertanto, si consegue
attraverso la calibrazione o taratura e la successiva validazione o verifica degli stessi.
Calibrazione e validazione sono due fasi distinte, anche quando vengano condotte con le
stesse modalità. Attraverso la calibrazione si ricercano i valori che assicurino, nel
complesso, un buon accordo fra le portate e i volumi registrati e le analoghe grandezze
ottenute tramite le simulazioni dei modelli, con riferimento a un ben individuato
campione di eventi afflussi-deflussi disponibili. Con la validazione, invece, ci si
prefigge di valutare le prestazioni del modello con gli stessi valori dei parametri, ma con
un campione di eventi diverso da quello adoperato in fase di calibrazione.
Anche quando si disponesse di affidabili dati sperimentali, la calibrazione e la
validazione possono non fornire risultati utilizzabili con sicurezza per il progetto: gli
eventi a base di calcolo, infatti, hanno spesso tempi di ritorno più elevati di quelli degli
eventi disponibili, per cui i valori dei parametri potrebbero non essere appropriati per le
ricostruzioni significative a scopi progettuali.
La calibrazione consta di fasi successive:
La prima è la scelta dei parametri, dipendente dalla struttura del modello
adottato e da considerazioni legate all’opportunità di limitare il numero dei parametri da
tarare, escludendo quelli rispetto ai quali il modello è poco sensibile.
92
L’analisi di sensibilità o sensitività consiste, infatti, nell’accertare l’incidenza della
variazione di ciascun parametro del modello sul risultato finale; essa è molto utile
proprio quando non si disponga di casi sperimentali di confronto e si voglia trasferire
l’uso del modello a casi diversi da quelli per i quali esso è stato tarato.
La seconda consiste nella scelta di un criterio di valutazione, che può essere di
tipo euristico ovvero conseguire alla definizione di una determinata funzione obiettivo
(O.F.).
Con i criteri euristici la valutazione della bontà delle prestazioni del modello si basa sul
giudizio pseudo-oggettivo dell’utente, che confronta, a seconda dello scopo per cui
viene adoperato il modello, portate al colmo registrate e simulate, volumi dell’evento di
piena, tempi di occorrenza della portata al colmo.
Altrettanto utili sono i cosiddetti metodi grafici, basati sul confronto, su diagrammi, dei
valori dei volumi Vo o delle portate Qo osservati, con i corrispondenti valori Vs e Qs
simulati.
Giudizi più oggettivi si hanno facendo statistiche dei rapporti fra volumi o portate
osservati e i corrispondenti valori simulati. Ovviamente si adotteranno quei parametri
che avranno fornito valori di detti rapporti prossimi all’unità.
In maniera ancor più oggettiva la calibrazione si effettua ricorrendo al calcolo basato
sulle funzioni obiettivo O.F., che costituiscono uno strumento cui si ricorre quando
l’informazione sperimentale disponibile è affidabile e quantitativamente consistente.
Se si opta per il metodo della O.F. la calibrazione richiede un ulteriore passo,
consistente nella scelta del metodo di ottimizzazione ed, eventualmente nel criterio di
convergenza.
Una volta che il modello sia stato calibrato si può procedere con la validazione.
5.3.1 La scelta dei parametri per l’analisi quantitativa
Per lo studio degli aspetti quantitativi è necessario prioritariamente considerare il
processo fisico che comporta la trasformazione afflussi-deflussi, la quale può essere
suddivisa in tre fasi:
93
• perdite iniziali;
• perdite continue durante l’evento (imputabili al fenomeno dell’infiltrazione);
• propagazione sulla superficie del bacino;
Le perdite iniziali sono dovute all’accumulo nelle depressioni superficiali del bacino:
Esse possono essere valutate, o come valore assoluto inserito dall’utente, o come
funzione delle caratteristiche della superficie considerata seconda l’espressione:
kDs
=
dove:
D = altezza della lama d’acqua che costituisce la perdita iniziale [m]
s = pendenza della superficie [m/m]
k = coefficiente che riflette la topografia della superficie [m].
Le perdite continue durante l’evento sono valutate dalla espressione:
0,829 29 0,078 20,7PR Pimp Soil UCWI= ⋅ + ⋅ + ⋅ −
dove:
PR = percentuale della pioggia lorda che defluisce sul bacino
Pimp = percentuale di superficie impermeabile
Soil = indice che tiene conto della capacità di infiltrazione del suolo
UCWI = indice di bagnabilità del suolo; il suo valore è funzione della quantità di
pioggia caduta nei cinque giorni precedenti l’evento e del deficit di umidità del suolo.
Per ogni sottobacino una volta valutata la pioggia netta con i metodi sopra esposti, si
propaga tale quantità dalla superficie all’interno di ogni pozzetto in cui è stata
schematizzata la rete. Per fare questo InfoWorks schematizza ogni tipologia di
superficie come due serbatoi in serie per rappresentare sia l’accumulo che si verifica
sulla superficie del bacino sia il ritardo tra il picco di pioggianed il picco di portata. Così
94
facendo in ingresso alla rete fognaria si ha una portata ridotta come valore e ritardata nel
tempo rispetto al picco di pioggia.
L’equazione differenziale che si ottiene dalla combinazione dei due serbatoi è:
2
22 2 n
d q dqk k qdt dt
i+ ⋅ + =
dove:
q = portata in uscita dai due serbatoi
in = pioggia netta
k = costante del serbatoio
Sulla base di tali relazioni, per accertare l’incidenza sul modello numerico dei parametri
di deflusso, sono state fatte diverse simulazioni considerando per ognuna la variazione
di un singolo diverso parametro caratterizzante le relazioni di calcolo.
Tale metodologia ha permesso di definire un criterio di scelta per la variazione poi, in
fase di calibrazione, dei parametri precedentemente descritti.
Per questo tipo di analisi si è deciso di utilizzare un evento pluviometrico di intensità
costante pari a 5 [mm/h] e durata pari a 5 ore.
Figura 5.7 – Rappresentazione da parte di InfoWorks dello ietogramma utilizzato
95
Per ciascuna delle equazioni caratteristiche del processo afflussi-deflussi sono stati
individuati dei valori da attribuire ai parametri costituenti le relazioni stesse e proprie
della tipologia di superficie analizzata (stradale, a tetto o a verde) tali da poter ottenere
nel loro insieme una “condizione base” su cui agire mediante l’analisi di sensitività:
Tipo
Superficie
Pendenza
Terreno
Perdite
Iniziali
Coeff.
Deflusso Min
Coeff.
Deflusso Max
Distib.
Deflusso
Coeff.
Ruscellamento
Strada 0.0 0.000071 0.2 1.0 1.0 1.0
Tetto 0.05 0.00004 0.2 1.0 1.0 1.0
Verde 0.0 0.00028 0.0 1.0 0.1 1.0
Tabella 5.1 – Parametri adottati come “caso base” per l’analisi di sensitività
In merito alle caratteristiche fisiche delle superfici (strade, tetti, verde) presenti in
ciascuno dei sottobacini afferenti alla rete di drenaggio, si fa notare come non siano
state modificate la loro rispettiva estensione così come non sono state modificate le
estensioni complessive di ogni sottobacino.
Tali caratteristiche specifiche risultano, ovviamente, molto influenti dal punto di vista
idrologico sui risultati ottenuti dalle simulazioni numeriche; proprio a seguito di questa
considerazione, si è proceduto ad un’analisi puntuale della conformazione ed estensione
di ogni singolo sottobacino drenante nei nodi che compongono la rete. Queste verifiche,
fondamentali per l’effettiva veridicità dei risultati ottenuti, sono state realizzate
mediante l’analisi (svolta con il software GIS - ArchView 3.2) di dati georeferenziati e
con l’ausilio di recenti foto aeree del territorio, nonché avvalendosi di consulenze
fornite dai tecnici del settore ambiente del Comune di Modena.
Gli esiti delle analisi di sensitività svolte sono stati valutati nelle sezioni dei canali
Soratore e Naviglio immediatamente a monte del depuratore centrale della città.
Nei grafici successivi, per una più facile interpretazione, sono presentati tali esiti
attraverso gli idrogrammi simulati nella sezione di chiusura del bacino centrale della
città, considerata sul canale Naviglio in località Mulini Nuovi.
96
97
97
98
98
99
99
5.4 Calibrazione e Verifica del modello numerico
La calibrazione è stata effettuata sulla base dei dati misurati riferiti ad un evento
pluviometrico invernale prolungato nel tempo, ma di modesta entità registrato nei
giorni: 9-10-11 Dicembre 1996 (Figura 5.8).
Grazie infatti alla disponibilità dei dati di portata relativi ai canali Soratore e Naviglio in
corrispondenza della sezione di chiusura del bacino centrale del territorio comunale
(posta immediatamente a monte del depuratore), a cui per altro afferisce gran parte
dell’area urbana della città ed i contributi apportati dalle aree extra comunali, attraverso
il Cavo Cerca, Canale di Formigine e Canale di Corlo; è stato possibile svolgere con
precisione un’analisi di calibrazione per ogni sottobacino sotteso da questi canali.
0
5
10
15
20
25
30
0 600 1200 1800 2400 3000 3600
Tempo [min]
Q [m
3/s]
0
2
4
6
8
10
12
14
i [m
m/h
]
ietogrammaNaviglioSoratore
Figura 5.8 – Ietogramma e Idrogrammi utilizzati in fase di calibrazione
Di seguito sono riportati gli esiti delle diverse simulazioni effettuate per giungere alla
calibrazione del modello numerico.
100
101
101
102
102
Alla luce dei numerosi risultati ottenuti dalle simulazioni presentate in precedenza, si è
scelto di procedere alla definizione di appropriate funzioni obiettivo, che consentissero
di misurare con estrema precisione lo scarto fra i valori simulati e quelli osservati.
Si è scelto di utilizzare a questo scopo, tre forme di funzioni obiettivo:
1) Deviazione quadratica totale che misura lo scarto, per ogni passo temporale i di un
singolo idrogramma, fra le portate osservate Q0 e quelle simulate Qs:
2
1
1
( ).
n
oi sii
n
oii
Q QO F
Q
=
=
−=∑
∑
2) Errore sulla portata al colmo Qp di un singolo idrogramma:
, ,
,
. . o p s p
o p
Q QO F
Q−
=
3) Errore sul volume defluito di un singolo idrogramma:
. . o s
o
V VO F
V−
=
Dopo avere ottenuto il valore di ogni singola funzione obiettivo per ciascuna
simulazione effettuata, si è proceduto poi alla somma di questi sempre per ciascuna
simulazione; fino a giungere così alla determinazione della simulazione e quindi dei
relativi parametri idrologico-idraulici che approssimassero meglio i risultati osservati.
Tale analisi statistica ha consentito una definizione ottimale dei parametri di calcolo in
quanto si è potuto constatare come il modello numerico, una volta calibrato fosse in
grado di rappresentare il fenomeno reale con estrema precisione dal punto di vista, come
detto, della forma dell’idrogramma, del suo colmo di piena e del volume sotteso dallo
stesso.
103
Di seguito si riportano in tabella 5.2 i risultati dell’applicazione delle tre funzioni
obiettivo a ciascuna simulazione effettuata:
n° Simulazione
OF (Navi) OF (Sora) ER VOL (Navi)
ER VOL (Sora)
ER Qmax (Navi)
ER Qmax (Sora)
TOT
1 0.03008 0.02991 0.62880 0.57210 0.57215 0.55559 2.38862 2 0.02715 0.02627 0.56649 0.48978 0.48957 0.45165 2.05091 3 0.02437 0.02286 0.50472 0.40558 0.41023 0.34825 1.71601 4 0.02123 0.01949 0.42897 0.30304 0.31082 0.22927 1.31282 5 0.02009 0.01818 0.38050 0.22983 0.27057 0.16631 1.08548 6 0.01781 0.01719 0.29099 0.10766 0.17567 0.04933 0.65865 7 0.01683 0.01725 0.25542 0.06721 0.12345 0.00840 0.48856 9 0.01682 0.01725 0.25573 0.06746 0.12345 0.00840 0.48912 10 0.01692 0.01733 0.25254 0.06392 0.12345 0.00831 0.48246 11 0.01692 0.01732 0.25279 0.06415 0.12345 0.00831 0.48294 12 0.01605 0.01624 0.30277 0.12317 0.12373 0.00960 0.59156 13 0.01604 0.01624 0.30342 0.12367 0.12373 0.00960 0.59270 14 0.01604 0.01625 0.30714 0.12660 0.12373 0.00960 0.59935 15 0.02477 0.02142 0.53141 0.43450 0.19564 0.08646 1.29421 16 0.01584 0.01560 0.31841 0.14112 0.12445 0.00975 0.62518 17 0.01584 0.01560 0.31873 0.14137 0.12445 0.00975 0.62576 18 0.01480 0.01568 0.28611 0.10578 0.06697 0.03030 0.51964 19 0.01480 0.01568 0.28611 0.10578 0.06697 0.03030 0.51964 20 0.01461 0.01536 0.28604 0.10603 0.06810 0.03005 0.52020 21 0.01419 0.01353 0.30035 0.12591 0.07399 0.02430 0.55227 22 0.01420 0.01460 0.28587 0.10671 0.07236 0.02475 0.51850 23 0.01382 0.01381 0.28564 0.10747 0.07839 0.01489 0.51401 24 0.01378 0.01372 0.28578 0.10750 0.07738 0.01579 0.51395 25 0.01338 0.01275 0.28564 0.10819 0.08275 0.00453 0.50725 26 0.01313 0.01100 0.29252 0.11885 0.09265 0.01333 0.54148 27 0.01304 0.01163 0.29696 0.05278 0.09642 0.22374 0.69455 28 0.01189 0.01042 0.26461 0.09056 0.04367 0.01788 0.43904 29 0.01300 0.01050 0.29553 0.12307 0.09627 0.01904 0.55740 30 0.01287 0.00973 0.29684 0.12574 0.10203 0.03066 0.57788 31 0.01287 0.00973 0.29684 0.12574 0.10203 0.03066 0.57788 32 0.01287 0.00973 0.29684 0.12574 0.10203 0.03066 0.57788 33 0.01300 0.01050 0.29553 0.12307 0.09627 0.01904 0.55740 34 0.01255 0.01037 0.28408 0.11122 0.07477 0.00451 0.49751 35 0.01263 0.01021 0.28823 0.11614 0.07519 0.00469 0.50709 36 0.02392 0.02065 0.50575 0.40660 0.19653 0.07340 1.22684 37 0.01392 0.00964 0.32360 0.16153 0.07945 0.00682 0.59495 38 0.01391 0.00956 0.32380 0.16136 0.07797 0.00737 0.59397 39 0.01313 0.01034 0.30927 0.13455 0.09460 0.02063 0.58253 Tabella 5.2 – Risultati dell’applicazione delle funzioni obiettivo alle simulazioni di calibrazione
104
Tali analisi hanno portato a scegliere la combinazione di parametri idrologici-idraulici
da assegnare al modello numerico che consentissero di ottenere la rappresentazione del
fenomeno reale riportata nella Figura 5.9 successiva.
Naviglio Calibrato
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 600 1200 1800 2400 3000 3600
Tempo [min]
Q [m
3/s]
Navi misurato
Navi sim 28
Soratore Calibrato
0
5
10
15
20
25
0 600 1200 1800 2400 3000 3600
Tempo [min]
Q [m
3/s]
Sora misurato
Sora sim 28
Figura 5.9 – Confronto fra gli idrogrammi misurati e simulati di Naviglio e Soratore
105
Si fa notare come il campione misurato fa riferimento ad un periodo invernale, con
possibilità di terreno parzialmente saturo e condotti con portata leggermente maggiore
di quella di tempo secco, anche alla luce di queste considerazioni, i risultati ottenuti si
possono ritenere perfettamente attendibili.
Una volta conseguita la calibrazione del modello, si è proceduto alla sua validazione,
svolta sulla base di un evento pluviometrico estivo di notevole intensità ma di breve
durata, registrato il 17 Agosto 1998, (Figura 5.10).
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540
Tempo [min]
Q [m
3/s]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180i [
mm
/h]
ietogrammaNaviglioSoratore
Figura 5.10 – Ietogramma e Idrogrammi utilizzati in fase di validazione
Sono così stati verificati i parametri adottati nel modello numerico per le simulazioni
quantitative della rete fognaria della città di Modena.
Di seguito i figura 5.11 sono riportati gli idrogrammi simulati di Naviglio e Soratore
ottenuti in fase di validazione.
106
Validazione Naviglio
0
5
10
15
20
25
30
35
0 100 200 300 400 500 600
Tempo [min]
Q [m
3/s]
Navi oss
Navi sim
Validazione Soratore
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 100 200 300 400 500 600
Tempo [min]
Q [m
3/s]
Sora osservato
Sora simulato
Figura 5.11 – Confronto fra gli idrogrammi misurati e simulati di Naviglio e Soratore
107
5.5 Analisi di Sensitività dei parametri qualitativi
Per quanto riguarda la qualità delle acque, non essendo a disposizione per la città di
Modena dei dati puntuali rilevati sul campo relativi alle concentrazioni dei principali
inquinanti transitanti nella rete fognaria in occasione di eventi pluviometrici e
tantomeno indicazioni specifiche sulle concentrazioni degli stessi inquinanti in arrivo
agli scaricatori di piena della rete; si è ritenuto necessario procedere ad un’analisi di
sensitività dei parametri qualitativi utilizzati da InfoWorks nelle schematizzazioni dei
processi qualitativi in atto nei bacini e nella rete oggetto del nostro studio e quindi
simulati dallo stesso modello di calcolo.
Per tale tipo di analisi è stato scelto di utilizzare due eventi pluviometrici reali registrati
nel territorio modenese con caratteristiche differenti per intensità e per durata.
Gli eventi reali utilizzati sono gli stessi su cui si è basata la fase di calibrazione e
validazione quantitativa del modello numerico, vale a dire quello invernale di lunga
durata e media intensità registrato nei giorni 9-10-11 Dicembre 1996 e quello estivo,
invece, di breve durata ma di notevole intensità registrato il 17 Agosto 1998.
La scelta di adottare questi due differenti eventi pluviometrici è stata fatta a seguito
della considerazione di come le caratteristiche di ciascun evento pluviometrico possano
influire anche notevolmente sugli aspetti qualitativi dei deflussi urbani. Così facendo si
è cercato di perseguire da un lato la maggior attendibilità dei risultati ottenuti dal
modello numerico implementato e dall’altro la miglior approssimazione degli stessi
risultati reali ottenibile con l’adozione di un unico range di parametri di calcolo.
Seguendo lo schema logico, proposto di seguito, che riassume le fasi principali della
formazione e propagazione degli inquinanti nelle reti di drenaggio, si è compiuta la
scelta di agire sui parametri adottati da InfoWorks nelle relazioni che schematizzano
proprio questi processi:
• Accumulo di sostanze inquinanti sulla superficie del bacino ed in fognatura
durante il tempo secco;
• Dilavamento della superficie durante gli eventi di pioggia ed ingresso in
fognatura delle sostanze inquinanti;
108
• Trasporto di inquinanti nella rete fognaria, incluso il deposito e l’erosione dei
sedimenti e la trasformazione degli stessi per reazione chimica;
Il primo aspetto considerato è, dunque, l’accumulo superficiale durante il tempo secco.
Esso viene modellato secondo un andamento di tipo esponenziale:
( ) (1 )Disp dtsa imp
PsM dts A P eDisp
− ⋅= ⋅ ⋅ ⋅ −
dove:
Ma(dts) = massa accumulata sulla superficie del bacino [kg]
A = area totale del bacino [ha]
Pimp = frazione di superficie impermeabile
Ps = tasso di accumulo dei solidi [kg/ha gg]⋅
Disp = coefficiente di scomparsa (1/gg), rappresenta la scomparsa delle particelle
dovuta al vento, al traffico automobilistico, alla degradazione biologica e
biochimica
dts = durata del tempo secco antecedente la pioggia [gg]
Nell’istante in cui inizia l’evento pluviometrico si ha il lavaggio del materiale
accumulato sul bacino ed il conseguente trasporto dello stesso nella rete fognaria.
L’equazione utilizzata per valutare la massa trasportata in fognatura è la seguente:
adM Arra Madt
= − ⋅
dove:
Ma = masa trasportata [kg];
Arra = coefficiente di lavaggio [mm-1]
P = deflusso sul bacino [mm/h]
109
Il coefficiente di lavaggio viene calcolato con la seguente relazione:
( ) ( )bArra a Pn t c Pn t= ⋅ − ⋅
dove:
Pn = pioggia netta [m/s];
a,b,c = coefficienti numerici;
Gli altri inquinanti, diversi dai solidi in sospensione, vengono modellati come frazione
dei solidi tramite un fattore KP funzione del tipo di inquinante e dell’intensità massima
dell’evento su un intervallo di 5 minuti.
( ) ( )n nF t KP FS t= ⋅
dove:
Fn(t) =portata massica dell’inquinante considerato [kg/s]
KPn = fattore di conversione per l’inquinante considerato
FS(t) = portata massica di sedimenti [kg/s]
Il valore di KP è dato da una espressione del seguente tipo:
max5( ) ici iKP a I b di= ⋅ − +
Dove i valori dei coefficienti numerici ai, bi, ci e di sono funzione del costituente
considerato.
Per valutare il trasporto degli inquinanti in fognatura, viene adottata la formulazione
proposta da Ackers-White (1980), che si basa sulla stima di due parametri caratteristici
dei sedimenti presenti in fognatura: il loro diametro medio (D50) ed il loro peso
specifico relativo (Ps).
La determinazione delle condizioni di tempo asciutto utilizzate per definire gli aspetti
quali-quantitativi prima dell’inizio dell’evento è stata svolta disponendo dei dati in
ingresso al depuratore centrale della città nell’anno 2006. Le caratteristiche proprie di
tali portate sono elencate in tabella 5.3.
110
Anno 2006 Parametri U.d.M. Entrata Uscita Abbatt. [%] pH 7,6 7,7 COD [mg/l] 165 29 82,5 COD dopo 1 ora di sedim. [mg/l] 94 BOD5 [mg/l] 64 7 89,3 Solidi Sospesi Totali [mg/l] 115 13 88,5 Ammoniaca [mg/l] 17,8 1,4 92,1 Azoto nitrico [mg/l] 1,1 12,2 Azoto (ammoniacale + nitrico) [mg/l] 15,0 13,3 11,5 Fosforo totale [mg/l] 3,2 2,6 21,2 Tensioattivi [mg/l] 4,0 0,7 83,7 Cloruri [mg/l] 236 245 Solfati [mg/l] 233 221 Boro [mg/l] 0,3 0,4 Piombo [mg/l] <0,020 <0,020 Rame [mg/l] 0,036 0,016 Zinco [mg/l] 0,380 0,138 Cadmio [mg/l] <0,005 <0,005 Nichel [mg/l] <0,015 <0,015 Cromo totale [mg/l] <0,015 <0,015 Mercurio [mg/l] <0,001 <0,001
Tabella 5.3 – Valori medi annuali dei parametri al depuratore nell’anno 2006
Come per le analisi di sensitività svolte per il modulo idrologico-idraulico, sono state
effettuate diverse simulazioni variando in ognuna un solo parametro, al fine di
conseguire una ottimale verifica della risposta da parte del modello numerico alle
diverse sollecitazioni “qualitative” imponibili dall’utente.
Gli esiti delle analisi di sensitività svolte sono stati valutati nelle sezioni dei canali
Soratore e Naviglio immediatamente a monte del depuratore centrale della città.
Per una più facile interpretazione, di seguito sono riportati gli esiti di tali simulazioni
attraverso gli idrogrammi e i pollutogrammi rilevati nella sezione di chiusura del bacino
centrale della città, considerata sul canale Naviglio in località Mulini Nuovi.
Con tali simulazioni, in particolare, sono stati analizzati per il caso della città di Modena
i tre fenomeni precedentemente descritti che, data la particolare conformazione del
territorio modenese, i suoi usi del suolo, la presenza di un reticolo fognario spesso
interconnesso ad un reticolo di canali superficiali, si sono rivelati peculiari per il caso
studiato.
111
112
113
114
Come mostrato dai risultati delle analisi di sensitività espressi dai grafici
precedentemente riportati, risulta evidente come i parametri più importanti a cui il
modello mostra maggiore sensibilità sono relativi ai coefficienti di washoff: a e b;
attraverso infatti, una loro anche minima variazione, si ottengono risultati in termini di
concentrazioni di solidi sospesi totali notevole.
Proprio su tali parametri si è dunque deciso di agire per ottenere da parte del modello
numerico una rappresentazione affidabile e realistica dei fenomeni legati alla qualità dei
deflussi urbani per la città di Modena.
Le simulazioni svolte hanno portato alla definizione dei parametri da assegnare ad
InfoWorks, di seguito elencati, per la più efficace schematizzazione dei processi legati
ai fenomeni qualitativi propri del territorio considerato.
Per l’accumulo superficiale o build-up:
Parametro Valore adottato Valore di default
Accumulo superficiale: area
urbana [kg/ha/gg] 7,8 6 - 25
Accumulo superficiale: area
artigianale/industriale
[kg/ha/gg]
18 6 - 25
Fattore di scomparsa [1/gg] 0,08 0,08
Tabella 5.4 - Parametri adottati per l’accumulo superficiale
In merito al valore del tasso di accumulo di tempo secco (variabile in funzione dell’uso
del suolo), si fa notare in questa sede, come si sia giunti alla definizione di un tasso
medio pesato sull’area urbana della città pari a circa 7,8 [kg/ha/gg] considerando
differenti tassi di accumulo per le diverse tipologie di aree presenti nel territorio
comunale.
Di seguito, Tabella 5.5, sono elencati i tassi caratteristici delle diverse tipologie
territoriali presenti nel territorio analizzato.
115
Classe Tasso di accumulo [ / )kg ha gg⋅ ]
Urbano continuo 10
Urbano discontinuo 8
Aree industriali/artigianali 20
Strade/Ferrovie 15
Aree verdi urbane 3
Verde generale 3
Tabella 5.5– Tassi di accumulo in funzione delle diverse tipologie territoriali presenti nella città di Modena
Per il lavaggio superficiale o wash-off:
Parametro Valore adottato Valore di default
a (Solidi in sospensione) 7*107 1*108
b (Solidi in sospensione) 1,85 2,022
c (Solidi in sospensione) 29 29
ai (BOD) 1,28 0,28
bi (BOD) 0 0
ci (BOD) -0,572 -0,572
di (BOD) 0 0
ai (COD) 3,47 2,47
bi (COD) 0 0
ci (COD) -0,28 -0,419
di (COD) 0 0
Tabella 5.6 – Parametri adottati per il lavaggio superficiale
Per la caratterizzazione dei sedimenti presenti in fognatura:
Parametro Valore adottato Valore di default
D50 0,3 0,04
Peso specifico relativo 1,8 1,7
Tabella 5.7 – Parametri adottati per descrivere le caratteristiche dei sedimenti in fognatura
116
Per la definizione qualitativa delle portate di tempo asciutto:
Parametro Valore adottato Valore di default
Portata [l/ab*gg] 250 250
Solidi in sospensione [mg/l] 115 230
BOD ]mg/l] 64 160
COD [mg/l] 165 190
Tabella 5.8 – Parametri adottati per definire le caratteristiche del liquame in tempo secco
117
118
Capitolo 6.
Analisi delle criticità ambientali e dimensionamento di invasi per la mitigazione dell’impatto degli scaricatori di piena
Premessa
In questo capitolo vengono riportati i risultati delle simulazioni condotte sulla rete di
drenaggio della città di Modena, al fine di analizzare l’impatto ambientale che gli
scaricatori di piena provocano nei corpi idrici ricettori, in termini di volumi idrici,
masse di Solidi Sospesi Totali e di BOD sversati.
Per conseguire questo obiettivo, preliminarmente è stato studiato il comportamento del
sistema fognario modenese nel suo stato attuale, ricorrendo alla simulazione in continuo
delle serie storiche di eventi pluviometrici registrati nel 2005 e nel 2006 a Modena e
disponibili con intervalli di registrazione di 5 minuti.
6.1 Confronto fra simulazioni in continuo e simulazioni singole
In previsione della realizzazione di simulazioni in continuo, si è voluto verificare e
dimostrare la precisione delle simulazioni in continuo rispetto a quelle dei singoli eventi
o di eventi di progetto, in merito al calcolo del dilavamento superficiale dei sedimenti
da parte della pioggia e, di conseguenza, al calcolo delle masse di solidi sospesi sversate
dagli scaricatori. Di seguito viene fatta menzione delle considerazioni logiche che ci
hanno portato a esprimere tale affermazione.
Nelle simulazioni basate su singoli eventi, viene dato un tempo di buildup uguale
all’intervallo di tempo che intercorre tra la fine dell’evento precedente e l’inizio
dell’evento simulato. In merito a questo si è verificato come il calcolo dell’accumulo
superficiale non cambia nelle simulazioni in continuo (dove il tempo di buildup è
definito automaticamente dal software) rispetto alle simulazioni singole (dove invece
viene imposto il tempo di buildup).
119
La differenza risiede piuttosto nel fatto che le simulazioni singole, contrariamente a
quelle in continuo, non possono considerare la massa di sedimenti rimasta in superficie
al termine dell’evento meteorico precedente quello simulato, per cui il dilavamento
nella simulazione singola potrà risultare sensibilmente inferiore a quello nella
simulazione continua, relativamente all’evento considerato.
In sostanza, si può affermare che la simulazione in continuo calcoli con maggior
precisione la quantità di sedimenti dilavati dalla pioggia in virtù di una sorta di
“memoria storica” dell’evento precedente.
Se ciò corrispondesse al vero, si avrebbe come conseguenza una massa di sedimenti
sversati dagli scaricatori, maggiore nella simulazione in continuo rispetto alla
simulazione del singolo evento, tanto più quanto modesta risultasse l’intensità di
pioggia dell’evento precedente (in tal modo infatti, sarebbe maggiore la massa di
sedimenti lasciata in superficie dall’evento precedente stesso). Per suffragare questa
ipotesi sono state messe a confronto: la simulazione continua del mese di Maggio 2006
con le simulazione dei tre eventi meteorici occorsi in quel mese ed un evento di progetto
rappresentato attraverso uno ietogramma Chicago con tempo di ritorno 2 anni. La
tabella 6.1 riassume gli esiti del confronto, dal quale si notano evidenti differenze circa
le masse di Solidi Sospesi Totali sversate a seguito del secondo e del terzo evento in
particolare, effettivamente entrambi gli eventi di modesta intensità lasciano la maggior
parte di sedimenti in superficie, disponibili perciò al dilavamento da parte dell’evento
successivo; nella simulazione continua il dilavamento coinvolge anche quella parte di
sedimenti che gli eventi precedenti avevano lasciato in superficie. Si fa notare inoltre
come la simulazione condotta con uno ietogramma di progetto di tipo Chicago, non sia
paragonabile ad alcun evento reale.
Evento Intensità
max [mm/h]
Durata evento [min]
Tempo secco antecedente
[giorni]
SST sversati singola sim.
[kg]
SST sversata sim. continua
Maggio .06 [kg]
∆% fra sim. singola e continua
09/05/06 8,4 1050 8 5244 5280 0,7
14/05/06 4,8 535 4 999 52206 98
24/05/06 15,6 60 9 213 4194 94
TOT 6456 61680
CH TR2 180 210 10 66927
Tabella 6.1 – Confronto fra simulazioni singole ed in continuo
120
6.2 Gli eventi simulati in continuo
Le simulazioni realizzate si basano sugli eventi pluviometrici registrati negli anni 2005
e 2006 a Modena, Figure 6.1 e 6.2.
Dalle serie continue di dati si può notare come gli eventi pluviometrici registrati sono
molto variabili l’uno dall’altro quanto ad intensità e durata; ciò nonostante si riesce ad
evidenziare come nei periodi autunnale ed invernale sono concentrati gli eventi di lunga
durata ed intensità media o bassa, mentre in estate ed in particolare nel periodo che va
dalla metà di Agosto alla metà di Settembre si concentrino gli eventi più brevi ed
intensi.
Si fa notare come siano state riscontrate grosse differenze fra i due anni in esame, basti
pensare alla differenza dei millimetri di pioggia totali caduti nei due anni: 718 nel 2005,
rispetto ai 408 del 2006.
In aggiunta a tale considerazione è essenziale in particolare considerare come il 2005 sia
stato un anno particolarmente severo dal punto di vista dell’intensità di pioggia caduta
sulla città di Modena, con la manifestazione di ben tre eventi con tempi di ritorno
secolari, tali da fare ritenere il 2005 un’annata del tutto eccezionale. Quest’ultima
caratteristica propria della serie storica del 2005 ha portato alla scelta di utilizzarla,
insieme a quella del 2006, per la valutazione dello stato attuale della rete in merito alla
determinazione degli scaricatori a grande impatto; invece per il dimensionamento degli
invasi mitigatori degli sversamenti, si è ritenuto più opportuno utilizzare la sola serie
storica del 2006, considerata più rappresentativa delle condizioni pluviometriche medie
del territorio.
L’opportunità di utilizzare nelle simulazioni in continuo due serie storiche annuali
differenti ha consentito di eseguire un confronto efficace fra i risultati ottenuti, così da
poter stilare con garanzia, una graduatoria degli scaricatori più impattanti anche alla
luce delle più mutevoli condizioni atmosferiche, che come ricordato in precedenza
rivestono spesso un ruolo determinante nelle analisi qualitative dei deflussi.
121
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1/1 15/1 29/1 12/2 26/2 12/3 26/3 9/4 23/4 7/5 21/5 4/6 18/6 2/7 16/7 30/7 13/8 27/8 10/9 24/9 8/10 22/10 5/11 19/11 3/12 17/12 31/12
Tempo [gg/mese]
Pre
cipi
tazi
one
gior
nalie
ra [m
m]
Figura 6.1 – Serie storica pluviometrica registrata nel 2005 a Modena
ed adottata per le simulazioni numeriche
0
5
10
15
20
25
30
1/1 15/1 29/1 12/2 26/2 12/3 26/3 9/4 23/4 7/5 21/5 4/6 18/6 2/7 16/7 30/7 13/8 27/8 10/9 24/9 8/10 22/10 5/11 19/11 3/12 17/12 31/12
Tempo [gg/mese]
Prec
ipita
zion
e gi
orna
liera
[mm
]
Figura 6.2 – Serie storica pluviometrica registrata nel 2006 a Modena
ed adottata per le simulazioni numeriche
122
6.3 Lo stato attuale della rete
Con la prima simulazione, svolta con la serie storica dell’anno 2005 viene determinato
l’ammontare degli inquinanti sversati nei corpi idrici ricettori dagli scaricatori di piena,
allo scopo di analizzare il comportamento della rete nella situazione attuale.
Come descritto nel capitolo precedente gli scaricatori di piena a servizio della rete
fognaria che danno luogo a sversamenti in corpo idrico superficiale e quindi analizzati
in questo lavoro sono 12; di seguito in tabella 6.2, si riportano le loro caratteristiche
principali, suddividendoli per maggior chiarezza, rispetto al ricettore coinvolto.
Si ricorda in questa sede, come gia espresso in precedenza, che nell’elenco degli
scaricatori che danno luogo a sversamenti direttamente in acque superficiali sia stato
compreso anche lo scaricatore SC6 Minutara via Div. Acqui, anche se propriamente
questo scaricatore non è da considerarsi come terminale della rete (cioè a valle del
reticolo di drenaggio) in quanto, come verrà dimostrato in seguito i volumi e le masse
sversate afferiranno più a valle ad altri scaricatori e quindi in parte destinate
direttamente alla depurazione.
Riferimento Ricettore Codice ID
Riferimento Collettore H soglia [m]
B. soglia [m]
Cavo Carrobbio/Fiume Secchia SC1 Cavo Carrobbio 0.2 1.2 Canalazzo di Freto/Fiume Secchia SC2 Canalazzo di Freto via Barchetta 0.5 3 Cavo Levata/Fiume Panaro SC3 Cavo Levata 0.5 0.8 Canale Naviglio/Fiume Panaro SC4 Cavo Soratore 1.01 5.5 SC5 Canale Naviglio 0.88 5.5 Canal Nuovo di Albareto/Fiume Panaro SC12 Canal Nuovo di Albareto 0.1 1.5 Cavo Argine/Fiume Panaro SC7 Cavo Argine via Nonantolana 0.6 9 SC8 Cavo Argine via Portorico 0.6 5 Cavo Minutara/Fiume Panaro SC6 Cavo Minutara via Div Acqui 0.5 5.3 SC9 Cavo Minutara via Nonantolana 0.3 3.5 Fossa Monda/Fiume Panaro SC10 Fossa Monda via Casette 0.55 5 SC11 Cavo Cazzola 0.4 1.5 Tabella 6.2 – Scaricatori che danno luogo a sversamento in corpo idrico superficiale suddivisi
per ricettore coinvolto, procedendo da ovest a est
123
6.3.1 I risultati delle simulazioni della serie storica del 2005
Di seguito è riportato un bilancio complessivo dei volumi e degli inquinanti sversati dai
singoli scaricatori di piena, secondo gli esiti della simulazione continua condotta per
l’anno 2005.
Numero Scolmatore Volume sversato [m3] Volume sversato specifico [m3/ha] Naviglio SC5 11 899 579.19 2 653.19 Soratore SC4 10 973 449.52 2 446.70 Minutara v. Div Acqui SC6 6 889 366.99 1 536.09 Minutara v. Nonantolana SC9 5 755 243.14 1 283.22 Argine v. Portorico SC8 2 312 488.62 515.61 Monda v. Casette SC10 2 113 250.10 471.18 Argine v. Nonantolana SC7 1 963 229.30 437.73 Albareto SC12 1 911 208.89 426.13 Cazzola SC11 1 550 152.53 345.63 Carrobbio SC1 762 988.08 170.12 Freto SC2 743 565.57 165.79 Levata SC3 37 955.29 8.46 46 912 477.22 10 459.86
Tabella 6.3 – Bilancio complessivo dei volumi idrici sversati nel 2005
Numero Scolmatore Massa SST [kg] Massa SST specifica [kg/ha] Naviglio SC5 994 606.54 221.76 Soratore SC4 782 995.09 174.58 Minutara v. Div Acqui SC6 315 073.46 70.25 Minutara v. Nonantolana SC9 341 865.05 76.22 Argine v. Portorico SC8 107 817.66 24.04 Monda v. Casette SC10 195 956.09 43.69 Argine v. Nonantolana SC7 57 902.50 12.91 Albareto SC12 29 073.76 6.48 Cazzola SC11 301 447.88 67.21 Carrobbio SC1 10 844.39 2.42 Freto SC2 5 709.99 1.27 Levata SC3 7 007.21 1.56 3 150 299.64 702.41
Tabella 6.4 – Bilancio complessivo delle masse di SST sversate nel 2005
Nella tabella 6.5 successiva si presentano i risultati della simulazione continua che
hanno permesso di stilare una graduatoria degli scaricatori, eseguita sulle masse di
solidi sospesi totali sversati nell’anno, e quindi l’individuazione degli scaricatori a
124
maggior impatto sui corpi ricettori, a valle dei quali si posizioneranno le vasche di
prima pioggia. Definiamo, in merito a quanto detto, “scaricatori a grande impatto” gli
scaricatori che generano uno sversamento annuale uguale o superiore al 5% del totale.
Numero Scolmatore Massa SST [kg/anno] % Massa sversata sul Tot Naviglio SC5 994 606.5 31.6 Soratore SC4 782 995.1 24.9 Minutara v. Nonantolana SC9 341 865.1 10.9 Minutara v. Div Acqui SC6 315 073.5 10.0 Cazzola SC11 301 447.9 9.6 Monda v. Casette SC10 195 956.1 6.2 Argine v. Portorico SC8 107 817.7 3.4 Argine v. Nonantolana SC7 57 902.5 1.8 Albareto SC12 29 073.8 0.9 Carrobbio SC1 10 844.4 0.3 Levata SC3 7 007.2 0.2 Freto SC2 5 710.0 0.2
Tabella 6.5 – Ordine gerarchico degli scaricatori sulla base delle masse di SST sversate nel 2005
Figura 6.3 – Volumi idrici assoluti sversati dagli scaricatori nell’anno 2005
125
Figura 6.4 – Volumi idrici specifici sversati dagli scaricatori nell’anno 2005
Figura 6.5 – Massa assoluta di SST sversata dagli scaricatori nell’anno 2005
126
Figura 6.6 – Massa specifica di SST sversata dagli scaricatori nell’anno 2005
Per poter meglio valutare i risultati degli scaricatori a più grande impatto ed il beneficio
apportato dall’inserimento delle vasche di prima pioggia a valle di essi (per i risultati
ottenuti a seguito dell’inserimento delle vasche si rimanda al successivo paragrafo 6.4)
si riportano gli esiti delle simulazioni riferite a questi scaricatori; è chiaro, infatti, che
comprendendo nell’analisi anche gli scaricatori non interessati da vasche, il numero
degli sfiori non diminuirebbe.
Volume idrico sversato dagli scaricatori a grande impatto [m3] Naviglio SC5 11 899 579.19Soratore SC4 10 973 449.52Minutara v. Nonantolana SC9 5 755 243.14Monda v. Casette SC10 2 113 250.10Cazzola SC11 1 550 152.53
Tot scaricatori principali [m3] 32 291 674 % sul Totale degli scaricatori 69
Massa di SST sversata dagli scaricatori a grande impatto [kg] Naviglio SC5 994 606.54Soratore SC4 782 995.09Minutara v. Nonantolana SC9 341 865.05Monda v. Casette SC10 195 956.09Cazzola SC11 301 447.88
Tot scaricatori principali [kg] 2 616 871 % sul Totale degli scaricatori 83
Tabella 6.6 – Bilancio dei Volumi e Masse di SST sversati nel 2005 dagli scaricatori a grande impatto
127
Figura 6.7 – Volumi idrici assoluti sversati dagli scaricatori a grande impatto
nell’anno 2005
Figura 6.8 – Masse assolute di SST sversate dagli scaricatori a grande impatto
nell’anno 2005
128
Per presentare un indicazione immediata che riassuma il risultato ottenuto con la
simulazione in continuo della serie pluviometrica registrata nel 2005, si propone di
seguito un istogramma che pone in evidenza la graduatoria degli scaricatori in ordine
alla massa di Solidi Sospesi Totali sversati durante l’intero anno.
Figura 6.9 – Ordine gerarchico degli scaricatori rispetto alle masse di SST sversate nel 2005
6.3.2 I risultati delle simulazioni della serie storica del 2006
Al fine di descrivere con precisione lo stato attuale della rete fognaria sotto l’aspetto
idraulico-quantitativo ed in particolare sotto quello qualitativo, con l’obiettivo di
individuare e porre in atto le misure idonee a limitare l’impatto che questa ha sul
reticolo idrografico superficiale, col quale inevitabilmente interagisce; non di meno a
seguito delle considerazioni fatte precedentemente sulle caratteristiche pluviometriche
eccezionali dell’annata 2005, si è scelto di svolgere ulteriori simulazioni in continuo,
questa volta utilizzando la serie storica dell’anno 2006.
Di seguito si propone un bilancio complessivo dei volumi idrici, delle masse di Solidi
Sospesi Totali e delle masse di BOD sversate dagli scaricatori di piena, secondo gli esiti
della simulazione continua condotta per il 2006.
129
Numero Scolmatore Volume sversato [m3] Volume sversato specifico [m3/ha] Naviglio SC5 6 398 213.35 1 426.58 Soratore SC4 5 316 840.41 1 185.47 Minutara v. Div Acqui SC6 3 702 200.10 825.46 Minutara v. Nonantolana SC9 3 678 060.19 820.08 Argine v. Portorico SC8 1 181 298.28 263.39 Monda v. Casette SC10 1 133 751.35 252.79 Albareto SC12 1 103 166.92 245.97 Argine v. Nonantolana SC7 840 389.85 187.38 Cazzola SC11 822 440.40 183.38 Freto SC2 702 253.08 156.58 Carrobbio SC1 378 785.46 84.46 Levata SC3 27 661.15 6.17 25 285 060.54 5 637.69
Tabella 6.7 – Bilancio complessivo dei volumi idrici sversati nel 2006
Numero Scolmatore Massa SST [kg] Massa SST specifica [kg/ha] Naviglio SC5 917 297.41 204.53Soratore SC4 658 113.24 146.74Minutara v. Div Acqui SC6 261 653.18 58.34Minutara v. Nonantolana SC9 312 416.02 69.66Argine v. Portorico SC8 88 050.08 19.63Monda v. Casette SC10 191 495.30 42.70Albareto SC12 24 573.61 5.48Argine v. Nonantolana SC7 36 807.28 8.21Cazzola SC11 238 133.50 53.10Freto SC2 5 491.81 1.22Carrobbio SC1 9 572.39 2.13Levata SC3 3 424.59 0.76 2 747 028.39 612.49
Tabella 6.8 – Bilancio complessivo delle masse di SST sversate nel 2006
Nella tabella successiva si presenta la scala gerarchica degli scaricatori di piena, stilata
rispetto alle masse di solidi sospesi totali sversate nel 2006, con l’obiettivo di
individuare gli scaricatori che provocano annualmente i maggiori quantitativi di masse
sversate, definiti appunto scaricatori a grande impatto (quelli che sversano annualmente
un quantitativo di SST uguale o superiore in percentuale al 5% del totale).
130
Numero Scolmatore Massa SST [kg/anno] % Massa sversata sul Tot Naviglio SC5 917 297.4 33.4 Soratore SC4 658 113.2 24.0 Minutara v. Nonantolana SC9 312 416.0 11.4 Minutara v. Div Acqui SC6 261 653.2 9.5 Cazzola SC11 238 133.5 8.7 Monda v. Casette SC10 191 495.3 7.0 Argine v. Portorico SC8 88 050.1 3.2 Argine v. Nonantolana SC7 36 807.3 1.3 Albareto SC12 24 573.6 0.9 Carrobbio SC1 9 572.4 0.3 Freto SC2 5 491.8 0.2 Levata SC3 3 424.6 0.1
Tabella 6.9 – Ordine gerarchico degli scaricatori sulla base delle masse di SST sversate nel 2006
Poste le considerazioni trattate in precedenza in merito alla serie storica del 2006, si è
ritenuto opportuno svolgere analisi puntuali sul comportamento dei singoli scaricatori di
piena, simulato dal modello numerico implementato. Si fa riferimento in particolare
all’analisi eseguita per ciascun scolmatore, abbinando la valutazione sui volumi e masse
sversate complessivamente, a quelle sugli sversamenti provocati da ciascun evento
pluviometrico occorso nel 2006. Viene proposta inoltre un ulteriore analisi sulle masse
di BOD sversate dagli scaricatori a grande impatto individuati, al fine di conseguire una
rappresentazione di massimo dettaglio, per ciò che attiene gli aspetti legati alla qualità
dei deflussi manifestatisi nel 2006. Di seguito vengono proposti gli esiti di tali analisi
attraverso grafici che ne sintetizzano lo specifico comportamento.
131
Figura 6.10 – Volumi idrici assoluti sversati dagli scaricatori nell’anno 2006
Figura 6.11 – Volumi idrici specifici sversati dagli scaricatori nell’anno 2006
132
Figura 6.12 – Massa assoluta di SST sversata dagli scaricatori nell’anno 2006
Figura 6.13 – Masse specifiche di SST sversate dagli scaricatori nell’anno 2006
133
Ritenendo l’anno 2006 da un punto di vista pluviometrico più rappresentativo dei
fenomeni metereologici propri del territorio modenese e per questo più idoneo ad essere
utilizzato a scopi previsionali, si è effettuato il dimensionamento delle vasche di prima
pioggia a servizio degli scaricatori della rete e la conseguente valutazione dei benefici
da queste addotti, sulla base di questa serie storica.
A seguito di quanto appena affermato, per poter meglio valutare i risultati degli
scaricatori a più grande impatto ed il beneficio apportato dall’inserimento delle vasche
di prima pioggia a valle di essi, si riportano gli esiti delle simulazioni riferite a questi
scaricatori.
Volume idrico sversato dagli scaricatori a grande impatto [m3] Naviglio SC5 6 398 213.35Soratore SC4 5 316 840.41Minutara v. Nonantolana SC9 3 678 060.19Monda v. Casette SC10 1 133 751.35Cazzola SC11 822 440.40
Tot scaricatori principali [m3] 17 349 306 % sul Totale degli scaricatori 69
Massa di SST sversata dagli scaricatori a grande impatto [kg] Naviglio SC5 917 297.4Soratore SC4 658 113.2Minutara v. Nonantolana SC9 312 416.0Cazzola SC11 238 133.5Monda v. Casette SC10 191 495.3
Tot scaricatori principali [kg] 2 317 455 % sul Totale degli scaricatori 84
Massa di BOD sversata dagli scaricatori a grande impatto [kg] Naviglio SC5 97 727.7Soratore SC4 60 799.4Minutara v. Nonantolana SC9 41 008.9Cazzola SC11 21 241.8Monda v. Casette SC10 16 466.3
Tot scaricatori principali [kg] 237 244 % sul Totale degli scaricatori 82
Tabella 6.10 – Bilancio dei Volumi idrici, Masse di SST e di BOD sversati nel 2006 dagli scaricatori a grande impatto
Di seguito vengono presentati graficamente attraverso il confronto fra il dato cumulato
ed il dato riferito al singolo evento pluviometrico, prima i volumi idrici sversati
dall’insieme degli scaricatori a grande impatto e poi, in sequenza, il dato riferito a
ciascuno di essi, a valle dei quali verranno posizionate le vasche.
134
Totalità degli scaricatori a grande impatto:
Figura 6.14 – Volumi idrici assoluti sversati dagli scaricatori a grande impatto
nell’anno 2006
Scaricatore SC5 - Naviglio:
Figura 6.15 – Volumi idrici assoluti sversati dallo scaricatore a grande impatto
SC5 – Naviglio nell’anno 2006
135
Scaricatore SC4 - Soratore:
Figura 6.16 – Volumi idrici assoluti sversati dallo scaricatore a grande impatto
SC4 – Soratore nell’anno 2006
Scaricatore SC9 – Minutara v. Nonantolana:
Figura 6.17 – Volumi idrici assoluti sversati dallo scaricatore a grande impatto
SC9 – Minutara v. Nonantolana nell’anno 2006
136
Scaricatore SC11 – Cazzola:
Figura 6.18 – Volumi idrici assoluti sversati dallo scaricatore a grande impatto
SC11 – Cavo Cazzola nell’anno 2006
Scaricatore SC10 – Monda v. Casette:
Figura 6.19 – Volumi idrici assoluti sversati dallo scaricatore a grande impatto
SC10 – Monda v. Casette nell’anno 2006
137
Dall’analisi di dettaglio eseguita sui singoli scaricatori di piena, in particolare in merito
ai volumi idrici sversati, è stato riscontrato un risultato particolarmente interessante che
testimonia da un lato la maggior efficienza di un modello numerico rispetto ai metodi
classici dell’idraulica, nel rappresentare il reale comportamento idraulico-qualitativo
della rete ed in particolare dei manufatti a servizio di questa e dall’altro ribadisce la
maggior efficacia di simulazioni in continuo rispetto a simulazioni di eventi singoli, al
fine di ottenere una più fedele rappresentazione dei fenomeni che coninvolgono la rete
fognaria ed il reticolo idrico superficiale con cui è in relazione.
Quanto detto ha avuto dimostrazione dalle simulazioni svolte prima su eventi singoli
utilizzati in fase di calibrazione, verifica ed eventi di progetto e successivamente dalle
simulazioni in continuo per gli anni 2005 e 2006. Prendendo a riferimento le sezioni dei
canali Naviglio e Soratore immediatamente a monte degli scolmatori, nelle simulazioni
di eventi singoli si nota come la portata in arrivo sia maggiore nel Soratore rispetto al
Naviglio e come gli sversamenti attraverso gli scaricatori siano proporzionali alle
portate in arrivo a monte degli stessi; ma se si considerano le simulazioni svolte con le
serie pluviometriche annuali, il bilancio dei volumi sversati complessivi cambia a
favore del Naviglio, che effettivamente ha uno sfioratore la cui soglia è inferiore rispetto
a quella del Soratore di 13 cm, sufficienti a dare luogo nell’arco dell’anno a sversamenti
quantitativamente maggiori e più frequenti. La maggior incidenza annua circa gli
sversamenti del Naviglio rispetto a quelli del Soratore è risultata rilevabile solamente
grazie all’implementazione di un modello numerico che non solo fosse in grado di
simulare in moto vario la rete fognaria insieme anche ai manufatti al suo servizio ma
che potesse anche essere applicato a serie storiche pluviometriche, tali da permettere
simulazioni in continuo, così da considerare globalmente il comportamento della rete.
Una volta definiti con precisione i volumi idrici sversati, la stessa metodologia di analisi
è stata applicata agli scaricatori a grande impatto per valutare le masse di Solidi Sospesi
Totali. Di seguito vengono presentati graficamente, attraverso il confronto fra il dato
cumulato ed il dato riferito al singolo evento pluviometrico, prima le masse di SST
sversate dall’insieme degli scaricatori a grande impatto e poi, in sequenza, quelle
versate da ciascun scaricatore definito: a grande impatto, a valle dei quali verranno
posizionate le vasche.
138
Totalità degli scaricatori a grande impatto:
Figura 6.20 – Masse di SST assolute sversate dallo scaricatore a grande impatto
SC5 – Naviglio nell’anno 2006
Scaricatore SC5 - Naviglio:
Figura 6.21 – Masse di SST assolute sversate dallo scaricatore a grande impatto
SC5 – Naviglio nell’anno 2006
139
Scaricatore SC4 - Soratore:
Figura 6.22 – Masse di SST assolute sversate dallo scaricatore a grande impatto
SC4 – Soratore nell’anno 2006
Scaricatore SC9 – Minutara v. Nonantolana:
Figura 6.23 – Masse di SST assolute sversate dallo scaricatore a grande impatto
SC9 – Minutara v. Nonatolana nell’anno 2006
140
Scaricatore SC11 – Cazzola:
Figura 6.24 – Masse di SST assolute sversate dallo scaricatore a grande impatto
SC11 – Cavo Cazzola nell’anno 2006
Scaricatore SC10 – Monda v. Casette:
Figura 6.25 – Masse di SST assolute sversate dallo scaricatore a grande impatto
SC10 – Monda v. C nell’anno 2006
141
Figura 6.26 – Ordine gerarchico degli scaricatori, rispetto alle masse di SST sversate nel 2006
6.3.3 Quadro riassuntivo delle analisi circa lo stato attuale della rete
Di seguito si presenta in forma aggregata un riassunto per le annate 2005 e 2006 degli
sversamenti di Solidi Sospesi Totali attraverso gli scaricatori, parametro in base al quale
verrà eseguito il dimensionamento delle vasche di prima pioggia.
2005-2006
Numero Scolmatore Massa SST [kg/anno] % Massa sversata Naviglio SC5 1 911 903.95 32.42 Soratore SC4 1 441 108.33 24.44 Minutara v. Nonantolana SC9 654 281.07 11.09 Minutara v. Div Acqui SC6 576 726.64 9.78 Cazzola SC11 539 581.38 9.15 Monda v. Casette SC10 387 451.39 6.57 Argine v. Portorico SC8 195 867.73 3.32 Argine v. Nonantolana SC7 94 709.78 1.61 Albareto SC12 53 647.38 0.91 Carrobbio SC1 20 416.78 0.35 Freto SC2 11 201.80 0.19 Levata SC3 10 431.80 0.18
Tabella 6.11 – Ordine gerarchico degli scaricatori di piena ottenuto sulla base delle masse di SST sversate negli anni 2005 e 2006
142
6.4 Dimensionamento ed analisi dell’efficacia di vasche di prima pioggia
Dopo aver quantificato l’impatto esercitato dagli scaricatori di piena della rete attuale
sui ricettori, si è voluto stimare il beneficio generato dall’utilizzo di vasche di “prima
pioggia” calcolando la riduzione degli sversamenti di inquinanti nei corpi idrici ricettori
da parte degli scaricatori di piena; al fine di assolvere gli obblighi imposti dalla recente
deliberazione della giunta regionale n. 286 del 14/02/2005, che prevede una riduzione
del carico sversato in corpo idrico superficiale pari al 25% entro il 2008 e al 50% entro
il 2016. Per queste analisi è stata impiegata, come detto, la serie storica relativa all’anno
2006 e si è previsto che le vasche, aventi differente volume specifico (15 e 25 m3/ha)
vengano inserite all’interno della rete mediante uno schema “fuori linea”.
Il dimensionamento delle vasche di “prima pioggia” è stato realizzato solo in parte con
il metodo classico basato sulle superfici efficaci, in cui si prevede che il volume degli
invasi si calcoli moltiplicando le rispettive superfici drenanti afferenti per un valore di
capacità (volume specifico) espresso in m3/ha.
Per ottenere un dimensionamento più idoneo delle vasche si è dunque preferito
considerare il bacino nella sua interezza. Il metodo classico è stato applicato all’intero
bacino ottenendo, dalla superficie afferente alla rete urbana stimata in circa 6900 [ha], la
superficie drenante, o efficace, tramite il prodotto tra la superficie totale stessa del
bacino e il coefficiente d’afflusso medio pesato φ:
imp imp perm permeq
tot
A AA
ϕ ϕϕ
⋅ + ⋅=
dove:
φimp = 0,9
φperm = 0,1
Calcolato quindi il volume totale da assegnare alle vasche come prodotto tra la
superficie efficace totale ottenuta (ha) ed il volume specifico scelto per le vasche
[m3/ha], lo stesso volume totale è stato ripartito fra gli scaricatori sulla base di
coefficienti calcolati semplicemente come rapporto rj tra le masse di solidi sospesi
sversate da ciascuno di essi nell’anno e la massa totale di solidi sversati annualmente
dall’insieme di tutti gli scaricatori.
143
Di seguito, viene riportata sinteticamente la procedura di calcolo adottata:
• Calcolo della superficie efficace totale Seff pari a circa 4485 [ha]
• Determinazione del volume complessivo delle vasche Vtot moltiplicando la
superficie efficace per la prestabilita capacità specifica Vs (15 e 25 m3/ha)
tot eff sV S V= ⋅
• Calcolo del coefficiente di ripartizione rj per ciascun scaricatore sulla base delle
masse di solidi sospesi sversati, riferite alla simulazione dello stato attuale della
rete:
jj
tot
Mr
M=
dove: Mj è la massa sversata annualmente dallo scaricatore j-esimo; Mtot è la
massa sversata dall’intera rete nello stesso arco temporale;
• Ripartizione del volume totale fra gli scaricatori, secondo i coefficienti calcolati:
j totV V r= ⋅ j
• Calcolo del volume delle vasche applicate agli scaricatori a più grande impatto
(così definiti quelli che sversano annualmente un quantitativo di Solidi Sospesi
Totali uguale o superiore in percentuale al 5% del totale) sommando i volumi Vj
assegnati ai singoli scaricatori in funzione degli accoppiamenti stabiliti
144
Nella tabella 6.12, successiva, vengono presentati i risultati della procedura atta a
determinare i coefficienti di ripartizione rj per ciascun scaricatore.
Numero Scolmatore Massa SST [kg/anno] % Massa sversata Coeff di ripartizione: rj
Naviglio SC5 917 297.41 33.4 0.333924 Soratore SC4 658 113.24 24.0 0.239573 Minutara v. Nonantolana SC9 312 416.02 11.4 0.113729 Minutara v. Div Acqui SC6 261 653.18 9.5 0.095250 Cazzola SC11 238 133.50 8.7 0.086688 Monda v. Casette SC10 191 495.30 7.0 0.069710 Argine v. Portorico SC8 88 050.08 3.2 0.032053 Argine v. Nonantolana SC7 36 807.28 1.3 0.013399 Albareto SC12 24 573.61 0.9 0.008946 Carrobbio SC1 9 572.39 0.3 0.003485 Freto SC2 5 491.81 0.2 0.001999 Levata SC3 3 424.59 0.1 0.001247
Tabella 6.12 – Definizione del coefficiente di ripartizione rj per ciascun scaricatore sulla base delle masse di SST sversate allo stato attuale della rete
Il risultato del processo di dimensionamento ha portato all’inserimento di 4 vasche a
valle dei soli scaricatori a grande impatto (5 scaricatori su 12 totali) secondo gli esiti
delle simulazioni in continuo per l’anno 2006.
In tal modo, considerando ad esempio un Volume Specifico pari a 15 [m3/ha], si è
ottenuto un volume totale delle vasche pari a circa 56750 m3
La scelta di porre 4 vasche di prima pioggia a valle dei 5 scaricatori a più grande
impatto deriva dall’opportunità di eseguire un accoppiamento degli scaricatori SC4 e
SC5 presenti rispettivamente sul Cavo Soratore e sul Canale Naviglio offerta dalla loro
pozione estremamente ravvicinata.
La soluzione inoltre di posizionare le altre vasche a valle degli scaricatori di seguito
elencati, consente, come vedremo di conseguire l’obiettivo posto dai vincoli normativi
ed al contempo di predisporre volumi di invaso relativamente contenuti.
145
6.4.1 Risultati delle simulazioni con vasche da 15 [m3/ha]
Viene proposta di seguito una tabella riassuntiva dei volumi propri delle vasche di
prima pioggia predisposte, adottando come volume specifico 15 m3/ha; insieme a tale
indicazione si propone una stima dei costi di realizzazione di tali invasi, avendo
considerato attendibile un costo medio pari a circa 150 euro/m3.
Numero vasca Volume vasca [m3] Costo vasche [150 euro/m3]Naviglio-Soratore V1 38 582 5 787 295Minutara v. Nonantolana V2 7 651 1 147 665Cazzola V3 5 832 874 787Monda v. Casette V4 4 690 703 461 Tot Tot 56 755 8 513 207
Tabella 6.13 – Dimensionamento dei volumi delle vasche di prima pioggia adottate, considerando un volume specifico da 15 [m3/ha]
Nella tabella successiva si presentano gli esiti delle simulazioni svolte con le vasche da
15 [m3/ha] riferiti al complesso degli scaricatori presenti nella rete, dalla quale risulta
chiaro come il beneficio ottenuto in termini di abbattimento dei carichi sia dell’ordine
del 30,5 %.
Parametro Sversamenti attraverso tutti gli scaricatori della rete Volume Assoluto [m3]
senza vasche Specifico [m3/ha]
senza vasche Assoluto [m3] con vasca 15
Specifico [m3/ha] con vasca 15
Abbattimento complessivo %
25 285 060.54 5 637.69 22 998 177.03 5 127.80 9.04
Massa SST Assoluta [kg] senza vasche
Specifica [kg/ha] senza vasche
Assoluta [kg] con vasca 15
Specifica [kg/ha] con vasca 15
Abbattimento complessivo %
2 747 028.39 612.49 1 907 230.42 425.25 30.57
Tabella 6.14 – Beneficio complessivo apportato dalle vasche da 15 m3/ha
146
Vengono presentati di seguito i risultati ottenuti riferiti solamente ai singoli scaricatori
confluenti in vasche per i quali si riporta anche il valore delle masse di BOD versate,
nell’intento di dettagliare al meglio la valutazione dei carichi sversati nella seguente
configurazione della rete.
Numero Vasca Volumi assoluti sversati [m3] Volumi specifici sversati [m3/ha]Naviglio-Soratore V1 9 878 890.74 2 202.65Minutara v. Nonantolana V2 3 675 051.09 819.41Monda v. Casette V4 932 443.85 207.90Cazzola V3 576 036.51 128.44Tot. 15 062 422.19 3 358.40 Numero Vasca Massa assoluta SST sversata [kg] Massa specifica SST sversata [kg/ha]Naviglio-Soratore V1 1 039 851.03 231.85Minutara v. Nonantolana V2 260 566.38 58.10Cazzola V3 100 300.42 22.36Monda v. Casette V4 76 864.66 17.14Tot. 1 477 657.48 329.47 Numero Vasca Massa assoluta BOD sversata [kg]Massa specifica BOD sversata [kg/ha]Naviglio-Soratore V1 96 628.65 21.54Minutara v. Nonantolana V2 39 953.35 8.91Cazzola V3 8 630.64 1.92Monda v. Casette V4 7 133.64 1.59Tot. 152 346.28 33.97
Tabella 6.15 – Sversamenti attraverso gli scaricatori confluenti in vasche da 15 m3/ha
Si riportano graficamente, di seguito, i risultati ottenuti dalle simulazioni numeriche
riferiti all’insieme degli scaricatori confluenti in vasche, per meglio valutare il beneficio
ambientale indotto da queste, in particolar modo per quanto concerne la riduzione del
numero degli eventi che producono scarichi nell’anno.
147
Figura 6.27 – Volumi assoluti sversati dagli scaricatori con vasche da 15 m3/ha
Figura 6.28 – Masse di Solidi Sospesi Totali assolute sversate dagli scaricatori con
vasche da 15 m3/ha
148
6.4.2 Risultati delle simulazioni con vasche da 25 [m3/ha]
Il dimensionamento delle vasche da 25 m3/ha ha seguito la stessa procedura
metodologica di quello svolto per le vasche da 15 m3/ha, il volume complessivo delle
vasche predisposte è 94590 m3.
Nella tabella successiva si riassumono i volumi propri di ciascuna vasca predisposta; ed
insieme si propone una stima dei costi di realizzazione di tali invasi, avendo considerato
attendibile un costo medio pari a circa 150 euro/m3.
Numero vasca Volume vasca [m3] Costo vasche [150 euro/m3]Naviglio-Soratore V1 64 303 9 645 491Minutara v. Nonantolana V2 12 751 1 912 775Cazzola V3 9 720 1 475 978Monda v. Casette V4 7 816 1 172 435 Tot Tot 94 591 14 188 679
Tabella 6.16 – Dimensionamento dei volumi delle vasche di prima pioggia adottate, considerando un volume specifico da 25 [m3/ha]
Si riportano di seguito gli esiti delle simulazioni svolte con le vasche da 25 [m3/ha]
riferiti al complesso degli scaricatori presenti nella rete, dalla quale risulta chiaro come
il beneficio ottenuto in termini di abbattimento dei carichi sia dell’ordine del 51 %.
Parametro Sversamenti attraverso tutti gli scaricatori della rete Volume Assoluto [m3]
senza vasche Specifico [m3/ha]
senza vasche Assoluto [m3] con vasca 25
Specifico [m3/ha] con vasca 25
Abbattimento complessivo %
25 285 060.54 5 637.69 20 897 394.62 4 659.4 17.35
Massa SST Assoluta [kg] senza vasche
Specifica [kg/ha] senza vasche
Assoluta [kg] con vasca 25
Specifica [kg/ha] con vasca 25
Abbattimento complessivo %
2 747 028.39 612.49 1 336 876.48 298.1 51.33
Tabella 6.17 – Beneficio complessivo apportato dalle vasche da 25 m3/ha
149
Vengono presentati di seguito i risultati ottenuti riferiti solamente ai singoli scaricatori
confluenti in vasche per i quali si riporta anche il valore delle masse di BOD versate,
nell’intento di dettagliare al meglio la valutazione dei carichi sversati nella seguente
configurazione della rete.
Numero Vasca Volumi assoluti sversati [m3] Volumi specifici sversati [m3/ha]Naviglio-Soratore V1 7 937 789.68 1 769.85Minutara v. Nonantolana V2 3 767 129.94 839.94Monda v. Casette V4 803 465.76 179.15Cazzola V3 453 254.40 179.15Tot. 12 961 639.78 2 968.08 Numero Vasca Massa assoluta SST sversata [kg] Massa specifica SST sversata [kg/ha]Naviglio-Soratore V1 557 353.60 124.27Minutara v. Nonantolana V2 238 525.46 53.18Cazzola V3 73 116.95 16.30Monda v. Casette V4 38 307.53 8.54Tot. 907 303.55 202.30 Numero Vasca Massa assoluta BOD sversata [kg]Massa specifica BOD sversata [kg/ha]Naviglio-Soratore V1 54 117.30 12.07Minutara v. Nonantolana V2 45 974.13 10.25Cazzola V3 5 938.43 1.32Monda v. Casette V4 4 117.45 0.92Tot. 110 147.30 24.56Tabella 6.18 – Sversamenti attraverso gli scaricatori confluenti in vasche da 25 m3/ha
Si riportano graficamente, di seguito, i risultati ottenuti dalle simulazioni numeriche
riferiti all’insieme degli scaricatori confluenti in vasche, per meglio valutare il beneficio
ambientale indotto da queste, in particolar modo per quanto concerne la riduzione del
numero degli eventi che producono scarichi nell’anno.
150
Figura 6.29 – Volumi assoluti sversati dagli scaricatori con vasche da 25 m3/ha
Figura 6.30 – Masse di Solidi Sospesi Totali assolute sversate dagli scaricatori con
vasche da 25 m3/ha
151
6.4.3 Quadro riassuntivo dei risultati delle simulazioni
In questo paragrafo si presentano graficamente i risultati conseguiti nelle diverse
simulazioni in continuo sulla base della serie storica degli eventi pluviometrici registrati
nel 2006; in particolare si intende, di seguito, proporre il confronto con i risultati
ottenuti per la rete fognaria allo stato attuale. Si pone in evidenza come, sia per i volumi
che per le masse di solidi sospesi si mostrino i confronti fra le diverse configurazioni
esaminate, sia riferite alla totalità del bacino afferente che riferite alla porzione efficace
di questo.
Figura 6.31 – Rappresentazione dei volumi assoluti sversati nel 2006, attraverso gli scaricatori di piena, ottenuti dalla simulazione della rete fognaria nelle diverse configurazioni analizzate
152
Figura 6.32 – Rappresentazione dei volumi specifici per unità di superficie efficace sversati nel
2006, attraverso gli scaricatori di piena, ottenuti dalla simulazione della rete fognaria nelle diverse configurazioni analizzate
Figura 6.33 – Rappresentazione delle masse di Solidi Sospesi Totali assolute sversate nel 2006, attraverso gli scaricatori di piena, ottenuti dalla simulazione della rete fognaria nelle diverse
configurazioni analizzate
153
Figura 6.34 – Rappresentazione delle Masse di Solidi Sospesi Totali per unità di superficie
efficace sversate nel 2006, attraverso gli scaricatori di piena, ottenuti dalla simulazione della rete fognaria nelle diverse configurazioni analizzate
6.5 Abbattimento dei tassi di accumulo
Nell’ottica di verificare il beneficio apportato, in termini di riduzione dei carichi sversati
nei ricettori, da un adeguato programma di operazioni di pulizia in tempo secco,
effettuate con mezzi adeguati, è stata eseguita una simulazione in continuo sulla rete
nella sua configurazione attuale, cioè in assenza di vasche, considerando dei tassi di
accumulo superficiale abbattuti del 30 % ciascuno. Tale soluzione simulata equivale
infatti ad ipotizzare uno scenario in cui la pulizia sistematica delle strade, da parte degli
operatori pubblici, porti ad una sensibile diminuzione dei solidi presenti sulla superficie
del bacino.
Nella tabella di seguito riportata, viene proposta dapprima una quantificazione globale
del beneficio apportato dalla soluzione gestionale ipotizzata e successivamente si valuta
graficamente il confronto fra la situazione originaria e quella ipotizzata in riferimento a
ciascun scaricatore della rete. Si può notare come a fronte di una diminuzione dei tassi
di accumulo del 30%, l’abbattimento delle masse di SST sversate sia inferiore al 20%
154
Tassi originali SST Assoluti [kg] SST Specifici [kg/ha]
2 747 028 612.4 Tassi Abbattuti
SST Assoluti [kg] SST Specifici [kg/ha] 2 216 263 494.1
Tabella 6.19 – Confronto complessivo fra i risultati ottenuti con tassi originali e tassi abbattuti
Figura 6.35 – Confronto fra i risultati ottenuti dalla simulazione con tassi di accumulo
originari e con tassi abbattuti
Numero Scolmatore Riduz. sversam. Massa SST [%] Soratore SC4 26.2 Carrobbio SC1 26.1 Cazzola SC11 21.1 Albareto SC12 20.3 Argine v. Portorico SC8 19.6 Naviglio SC5 17.2 Minutara v. Nonantolana SC9 17.1 Argine v. Nonantolana SC7 15.5 Monda v. Casette SC10 15.0 Minutara v. Div Acqui SC6 14.2 Freto SC2 12.0 Levata SC3 7.1 Riduzione media Tot. 19 Tabella 6.20 – Riduzioni percentuali stimate per ogni scaricatore
155
156
Capitolo 7.
Analisi delle criticità idrauliche della rete
7.1 Criticità idrauliche della rete
Dal punto di vista idraulico, la valutazione delle criticità della rete è stata condotta
effettuando simulazioni con eventi di pioggia sintetici, utilizzando ietogrammi di tipo
Chicago.
Lo ietogramma Chicago risulta essere sicuramente uno dei più noti e dei più utilizzati
perchè rappresenta la pioggia critica per tutte le durate, nel senso che a tutte le durate
corrisponde la stessa probabilità cumulata P(hδ). Questo aspetto consente di procedere
al dimensionamento di tutte le sezioni del bacino utilizzando un solo ietogramma di
progetto. Nella realtà un evento pluviometrico che è critico per una durata δ non è
necessariamente critico per le altre durate, per questo l’altezza complessiva dello
ietogramma Chicago è superiore a quella di ciascuno degli eventi reali che risultano
critici per le diverse durate.
Questo aspetto provoca, nei casi dove oltre all’intensità di pioggia sono da considerare
anche i volumi, come può succedere nello studio delle vasche di laminazione delle
piene, situazioni più gravose di quelle che in genere si verificano nella realtà. Ai fini
della trasformazione afflussi – deflussi, allo ietogramma Chicago corrisponde, quindi,
un tempo di ritorno maggiore di quello nominale della relazione altezza – durata da cui
è stato ricavato.
Il Chicago è caratterizzato da un picco di intensità massima imax e da una intensità media
uguale a quella definita dalla curva di possibilità pluviometrica; se la curva è espressa
con la consueta formula monomia a due parametri, l’intensità i(t) e l’altezza di pioggia
h(t) dello ietogramma sono date dalle seguenti equazioni:
Nella sua forma generale, lo ietogramma Chicago ha il picco ad un generico tempo tr
inferiore alla durata complessiva tc, si ponga:
r
c
trt
=
157
per t ≤ tr
1
( )n
rt ti t n ar
−−⎛ ⎞= ⋅ ⎜ ⎟⎝ ⎠
( )n n
r rt t th t a rr r
⎡ ⎤−⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ⋅ ⋅ −⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦
per t ≥ tr
1
( )1
nrt ti t n ar
−−⎛ ⎞= ⋅ ⎜ ⎟−⎝ ⎠
( ) (1 )1
n nr rt th t a r rr r
⎡ ⎤−⎛ ⎞ ⎛ ⎞= ⋅ ⋅ + − ⋅⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟−⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦
t
Per r = 0 si ha il cosiddetto ietogramma anticipato, cioè con picco di intensità all’inizio
dell’evento. Per r = 1 si ha invece lo ietogramma ritardato, col picco alla fine. Infine
con r = 0,5 si ha lo ietogramma centrato, simmetrico cioè col picco d’intensità
esattamente a metà della durata totale.
Una caratteristica importante dello ietogramma Chicago è quella di essere poco
sensibile alla durata complessiva tc dell’evento, infatti l’aumento di quest’ultima non
influisce sulla parte centrale dello ietogramma, quella attorno al picco che rimane
immutata, ma solo sull’allungamento delle due code estreme prima e dopo il picco.
Ciò significa che uno ietogramma Chicago di durata generica tc contiene in sé anche gli
ietogrammi di durata inferiore, è quindi sufficiente considerare una durata superiore al
tempo di corrivazione del bacino per tenere conto delle diverse durate significative per
tutti i suoi sottobacini.
Nello studio della rete sono stati utilizzati ietogrammi con tempo di ritorno pari a 5 e 10
anni, ottenuti con parametri a ed n relativi alla città di Modena e considerando una
durata dell’evento pari al tempo di corrivazione del bacino, stimato in circa 3 ore e 30
minuti.
Utilizzando quindi un Chicago centrato, cioè con r = 0,5 si è arrivati a definire i
seguenti ietogrammi:
158
Figura 7.1 – Ietogramma Chicago centrato per TR = 2 anni
Figura 7.2 – Ietogramma Chicago centrato per TR = 5 anni
159
7.2 Stima del tempo di corrivazione
Il tempo di corrivazione è definito come il tempo necessario affinché l’acqua piovana
caduta nel punto idraulicamente più lontano del bacino raggiunga la sezione di chiusura
dello stesso.
Per effettuare una stima dello stesso si realizzano simulazioni con ietogrammi
rettangolari e si calcola il tempo intercorso tra l’inizio dell’evento meteorico e l’istante
in cui si è formata circa il 90-95 % della portata nella sezione di chiusura, ossia nel
nostro caso, all’intersezione fra il cavo Soratore ed il canale Naviglio.
Sono stati utilizzati a questo scopo quattro ietogrammi, di intensità rispettivamente 5,
10, 15 e 20 [mm/h] e durata 600 minuti; valutando poi, come detto, il riempimento dei
collettori Naviglio e Soratore immediatamente a monte dei loro scaricatori, così da
ottenere con buona approssimazione una stima del tempo di corrivazione dell’intero
bacino urbano.
Il tempo di corrivazione è funzione anche dell’intensità di pioggia, infatti cala
all’aumentare della stessa, come è possibile vedere dai grafici di seguito riportati.
Figura 7.3 – Portate nella sezione di chiusura sul canale Naviglio
160
Figura 7.4 – Portate nella sezione di chiusura sul cavo Soratore
Pare quindi ragionevole porre il tempo di corrivazione del bacino circa uguale a tre ore
e trenta minuti, questa sarà anche la durata degli ietogrammi Chicago adottati.
7.3 Risultati delle simulazioni
L’analisi idraulica è stata condotta prendendo in esame il parametro “surcharge ratio”,
definito come rapporto tra l’altezza della piezometrica sul fondo del condotto e l’altezza
del condotto stesso; in condizioni di funzionamento a gravità corrisponde quindi al
livello di riempimento.
Un condotto entra in pressione quando il surcarge ratio assume valore uguale o
superiore ad uno, situazione che viene mostrata nelle immagini seguenti dalla
colorazione rossa dei condotti. I motivi per cui un condotto entra in pressione possono
essere due: una insufficienza dimensionale o un rigurgito da valle, da parte di condotti a
loro volta in pressione. Questa distinzione è fondamentale perchè, nell’analizzare una
rete, interessa individuare le vere e proprie criticità idrauliche della stessa, ossia quei
condotti il cui dimensionamento è inadeguato. A seguito delle analisi svolte per
determinare le criticità idrauliche della rete si evidenziano di seguito, le zone che si
sono rivelate più critiche.
161
Zona quartiere Sacca
Figura 7.5 – Criticità idrauliche del quartiere Sacca
Si nota come l’area urbana circostante via Bertoni sia da considerare critica, in quanto la
dorsale atta a ricevere le portate meteoriche derivanti dal drenaggio del quartiere, risulta
rigurgitata da valle, da parte del cavo Soratore che, in occasione di eventi meteorici
intensi, manifesta un funzionamento in pressione. Un’ulteriore considerazione può
essere proposta in merito all’altimetria dell’area, il livello di massima piena del cavo
Soratore, infatti, risulta superiore di circa 10 cm rispetto alla quota del piano stradale di
via Bertoni; la soluzione per risolvere tale situazione di sofferenza idraulica può dunque
essere la disconnessione della rete di drenaggio del quartiere dal cavo Soratore, in
occasione di eventi particolarmente intensi.
Villaggio Artigiano Modena Est
Figura 7.6 – Criticità idrauliche del quartiere Villaggio Artigiano Modena Est
162
Critico risulta essere inoltre il quartiere denominato Villaggio Artigiano Modena Est, in
quanto la dorsale atta a ricevere le portate meteoriche derivanti dal drenaggio della zona
risulta essere sottodimensionata; in particolare si nota la presenza di un evidente
restringimento di sezione in corrispondenza del manufatto di attraversamento della linea
ferroviaria Milano-Bologna posta a nord dell’area.
Tale collo di bottiglia esercita una forte limitazione al deflusso delle portate afferenti in
quella sezione, causando il rigurgito dell’intera rete di monte.
Villaggio Artigiano Modena Ovest
Figura 7.7 – Criticità idrauliche della zona artigianale Modena Ovest
Un’ulteriore zona della città risultata particolarmente critica dal punto di vista idraulico
è quella denominata Villaggio Artigiano Modena Ovest, che sviluppatosi agli inizi del
secondo dopo guerra con esigenze insediative oggi fortemente modificate, mantiene
immutate rispetto ad allora le caratteristiche dimensionali proprie della rete di
drenaggio, che risulta pertanto sottodimensionata. In aggiunta a quanto detto, si fa
notare come il funzionamento in pressione del collettore posto a nord dell’area,
denominato canal Bianco, a cui afferisce la rete di drenaggio, ne determini in condizioni
di piogge intense il rigurgito da valle.
163
Zona di via Wiligelmo e via Sassi
Figura 7.8 – Criticità idrauliche della zona di via Wiligelmo e via Sassi
Analoghe considerazioni in merito alle criticità idrauliche del territorio urbano, possono
essere presentate circa la situazione delle aree circostanti le vie Wiligelmo e Sassi;
rispettivamente afferenti nel canale Modenella e nella Trombina Assalini tributaria della
Fossa Paduli. Si fa notare la presenza di collettori rigurgitati da valle, in quanto il
sistema a cui afferisce l’area in oggetto, risalente al XVII secolo, presenta caratteristiche
dimensionali insufficienti a garantire il drenaggio dei nuovi insediamenti residenziali
sorti a partire dagli anni ’50.
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Conclusioni
Lo studio quali-quantitativo della rete di drenaggio della città di Modena, ne ha messo
in luce le criticità idrauliche ed ambientali.
Dal punto di vista idraulico, le simulazioni con gli ietogrammi di eventi sintetici (di tipo
Chicago centrato) hanno permesso di individuare quelle zone in cui la risposta della rete
a sollecitazioni meteoriche intense è inefficace, identificando i condotti che entrano in
pressione.
In particolare, però interessa stabilire quali, tra di essi, siano in pressione per motivi di
sotto-dimensionamento e quali, invece, si trovino in tale situazione perchè rigurgitati da
valle; ciò è importante soprattutto ai fini di una eventuale sistemazione futura della rete
fognaria.
In merito al problema ambientale, lo studio svolto ha avuto come primo obiettivo
conoscere gli ordini di grandezza degli sversamenti di inquinanti, per poter valutare
l’impatto che gli scarichi di piena hanno sui corpi idrici ricettori in occasione degli
eventi pluviometrici. Valutati questi, lo scopo prefissato è stato quello di verificare
l’efficacia di opere quali le vasche di prima pioggia nelle mitigazioni del danno
apportato ai ricettori.
La scelta di effettuare simulazioni in continuo di due serie storiche riferite agli anni
2005 e 2006 per valutare lo stato attuale della rete e dei suoi scaricatori in relazione agli
sversamenti in corpi idrici superficiali, ha consentito un analisi certamente più affidabile
rispetto a quelle fatte sulla base delle classiche simulazioni singole. A dimostrazione di
quanto appena affermato si è voluto effettuare uno studio preliminare mettendo a
confronto simulazioni singole con simulazioni in continuo. Gli esiti del confronto
testimoniano che, mentre nel calcolo dell’accumulo superficiale di inquinanti i due tipi
di simulazione si equivalgono, nel calcolo del dilavamento operato dalla pioggia la
simulazione di tipo continuo è certamente più precisa, in quanto ha memoria delle
masse di sedimenti eventualmente rimasti in superficie al termine di un evento
meteorico, contrariamente a quanto accade per le simulazioni di singoli eventi. Ciò può
ovviamente portare a valori di masse di sedimenti che entrano in fogna a seguito del
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dilavamento, dunque anche di masse sversate dagli scaricatori, ben superiori a quelli
ottenuti con le classiche simulazioni singole.
Le simulazioni nella configurazione senza vasche hanno portato a stimare, per le masse
di solidi sospesi totali sversati, un valore specifico di circa 600 kg per ettaro di
superficie efficace.
Le vasche di prima pioggia sono state dimensionate col metodo delle masse assolute di
solidi sospesi totali (SST) sversate nell’anno, con uno schema fuori linea.
I risultati ottenuti dalle simulazioni svolte sulla serie storica dell’anno 2006 confermano
l’utilità di questo tipo di opere per la mitigazione dell’impatto ambientale sui ricettori:
infatti, se si prende in esame l’assetto della rete con la realizzazione delle vasche,
rispetto alle masse di Solidi Sospesi Totali sversate nella configurazione attuale
l’abbattimento è superiore al 30% con vasche da 15 m3/haeff e di oltre il 50% con vasche
da 25 m3/haeff ; simili sono i dati sull’abbattimento delle masse di BOD5 totale.
Una ultima simulazione è stata condotta abbassando i tassi di accumulo superficiale del
30%, in modo da testare l’effetto di un intervento non strutturale, quale quello prodotto
nella realtà, da una sistematica pulizia delle strade: la riduzione delle masse di SST è
però risultata solamente pari al 20%.
In definitiva, possiamo quindi affermare che l’inserimento di opere quali le vasche di
prima pioggia, a prescindere dalla specifica fattibilità tecnico-economica gioverebbe
senza dubbio alla sostenibilità ambientale dello sviluppo urbano.
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