Invarianza Idraulica

Invarianza idraulicaDimensionamento di opere di invaso

I modelli di simulazione dei sistemi di drenaggio

Impatti idraulici e ambientali a causa dell’urbanizzazione

Un sistema di drenaggio nel suo complesso deve essere efficiente ecompatibile con l’ambiente circostante, cioè:

la frequenza delle insufficienze idrauliche della rete (e deiconseguenti allagamenti) deve essere economicamente compatibilecon i danni arrecati agli insediamenti residenziali e produttivi;

le massime portate recapitate ai corpi idrici ricettori non devonoeccedere la loro capacità idraulica di trasporto;

i carichi inquinanti effluenti dagli scarichi delle acque meteoriche edagli impianti di trattamento devono essere globalmente compatibilicon i ricettori (non devono produrre effetti di tossicità né acuti né dilungo periodo per accumulo).

Matteo Nicolini - Università degli Studi di Udine Analisi, controllo e modellazione dei deflussi di piena 4



Impatti idraulici e ambientali a causa dell’urbanizzazione

da: A. Paoletti, (2009)

Prima fase:alcune zone urbane inondate.

Seconda fase:canalizzazione di alcuni trattitrascurando l’impatto verso valle.

Terza fase:nuove aree inondate a causa dinuove urbanizzazioni ecanalizzazioni.

A parità di tempo di ritorno dellaprecipitazione, aumenta il tempo diritorno della piena sia come volumeche come picco.

La popolazione perde due volte:investimenti sempre più alti emaggiori inondazioni.




I diversi approcci nel controllo delle piene

Ingegneria idraulica tradizionale:

alla crescente urbanizzazione sirisponde con l’adeguamento dellacapacità di portata degli alvei(canalizzazione);

aumentano progressivamente volumi,portate e velocità delle correnti dipiena;

aumentano i fenomeni erosivi e iproblemi di stabilità degli alvei e dellearee adiacenti;

i corsi d’acqua perdono le qualitàambientali, civili, storiche;

i problemi si aggravano e si spostano avalle;

progressivamente aumentano i costi ediventano insostenibili.

Nuova ingegneria idraulica:

alla crescente urbanizzazione sirisponde con il criterio dell’impattozero;

volumi, portate e velocità delle correntidi piena sono vincolati a valoripianificati lungo tutti gli alvei;

il controllo a monte delle piene èdistribuito mediante infiltrazioni elaminazioni concentrate o diffuse;

le correnti di piena sono rallentate;

diminuiscono i fenomeni erosivi e iproblemi di stabilità;

è possibile la riqualificazione a scopiambientali e civili dei fiumi;

gli interventi rispondono a criteri disostenibilità e con costi minori.




Definizioni e normativa nelle Regioni Lombardia ed Emilia RomagnaRichiami sui modelli concettuali di trasformazione afflussi-deflussiL’invarianza idraulica nella Regione Veneto

Trasformazione del territorio ad impatto zero

Definizione: Per trasformazione del territorio ad invarianza idraulicasi intende la trasformazione di un’area che non provochi un aggravio

della portata di piena del corpo idrico ricettore dei deflussi

superficiali originati dalla stessa.

Principio secondo il quale CHI CONSUMA PAGA!, cioè chi consumail territorio in termini di perdita della capacità di regolazione dellepiene, paga, in quanto deve adottare azioni compensative permantenere invariato il grado di sicurezza del territorio nel tempo.

Si deve fare invarianza quando:

1 si modificano le condizioni preesistenti in termini di permeabilitàdelle superfici (chiusura fossi);

2 si attua una trasformazione di interi comparti che comporta unaumento di impermeabilizzazione dei suoli;

3 avviene una impermeabilizzazione per ampliamenti netti dellesuperfici coperte da pavimentazione o da volumi edilizi.





Approccio metodologico e relative problematiche

Dal momento che impatto zero (o invarianza idraulica) significa non

alterare le condizioni preesistenti, bisogna imporre l’eguaglianza trale portate di picco post operam con quelle che si avevano ante

operam.

Questo implica imporre l’uguaglianza dei coefficienti udometrici.

Problemi:

1 Come calcolo il coefficiente udometrico?2 Qual’è il tempo di ritorno di riferimento?3 Come calcolo i coefficienti d’afflusso alla rete (prima e dopo la

trasformazione del territorio)?4 Come scelgo le modalità delle azioni compensative (laminazione,

infiltrazione, ecc.)?5 Come calcolo i volumi di laminazione o la percentuale di area da

destinare a infiltrazione?6 Come distinguo le azioni compensative in relazione all’importanza

degli interventi?





La normativa di riferimento

Alcune regioni e province che hanno legiferato in materia:1 Regione Lombardia: criterio di compatibilità basato su massimi

valori ammessi per i coefficienti udometrici in relazione alladestinazione d’uso delle aree trasformate (PRRA 1995 e PTUA 2006- Delibera G.R. n. 8/2244 del 29.03.2006).

2 Regione Emilia-Romagna (Autorità dei Bacini Regionali Romagnoli):criterio di invarianza basato sull’uguaglianza dei coefficientiudometrici prima e dopo la trasformazione utilizzando per il calcolo ilmetodo italiano dell’invaso (PAI e Delibera n. 3/2 del 20.10.2003).

3 Regione Veneto: criterio dell’invarianza basato sull’uguaglianza deicoefficienti udometrici prima e dopo la trasformazione utilizzando peril calcolo un metodo a scelta fra alcuni specificati (Delibera G.R. n.2948 del 06.10.2009).

4 Regione Friuli Venezia Giulia: criterio dell’invarianza introdotto solodi recente (L.R. n. 16 del 11.08.2009, art. 16, Parere geologico).

5 Regione Puglia: L. n. 13/2008; DGR 2753/2010.6 Provincia Autonoma di Bolzano: L. 18.06.2002 n. 81 (art. 46).7 Provincia di Torino: PTCP 2010, approvato con D.C.R. n.

291-26243 del 01.08.2003.





Regione Lombardia

Nella pianificazione della Regione Lombardia (PRRA 1995 e PTUA2006 - Delibera G.R. n. 8/2244 del 29.03.2006) tutti i centri urbanicompresi nel territorio tratteggiato della figura devono limitare leportate pluviali scaricate dai sistemi di drenaggio urbano nei corsid’acqua, eventualmente per mezzo di serbatoi di laminazione.

(Da A. Paoletti, 2011)





Regione Lombardia

Poiché le portate di picco durante le piogge più intense possonoraggiungere valori anche di 200 l/s/ha, tale regolamentazioneimpone l’adozione di strategie drastiche per la riduzione delleportate di piena.La stessa regolamentazione richiede inoltre che le nuoveurbanizzazioni devono limitare le portate pluviali in modo da nonrichiedere adeguamenti delle reti di drenaggio urbano di valle.

(Da A. Paoletti, 2011)Matteo Nicolini - Università degli Studi di Udine Analisi, controllo e modellazione dei deflussi di piena 11




Regione Emilia-Romagna

Piano Stralcio per il Rischio Idrogeologico: adottato condeliberazione del Comitato Istituzionale RER n. 3/2 del 03.10.2002e approvato con deliberazione della Giunta Regionale n. 350 del17.03.2003.

1 Artt. 3, 4, 5, 6: Aree con elevata, moderata, bassa e potenzialeprobabilità di allagamento;

2 Art. 9: Invarianza idraulica.

Direttiva inerente le verifiche idrauliche: approvata condeliberazione del Comitato Istituzionale RER n. 3/2 del 20.10.2003.

1 Art. 6: Tirante idrico di riferimento;2 Art. 7: Invarianza idraulica.

La Direttiva distingue quattro classi di intervento:Impermeabilizzazione Estensione dell’potenziale intervento (ha)Trascurabile S ≤ 0.1Modesta 0.1 < S ≤ 1Significativa 1 < S ≤ 10 oppure

S > 10 e IMP ≤ 30%Marcata S > 10 e IMP > 30%






Il sistema di invarianza idraulica è necessario per aumentare ilvolume specifico di invaso preesistente in funzione di quanto intensaè la trasformazione, ovvero di come varia il coefficiente di afflusso:

w = w0

(

φ

φ0

)1

1−n

− 15 I − wo P

w : volume specifico da calcolare;w0 = 50 mc/ha: volume disponibile per la laminazione prima dellatrasformazione;φ0: coefficiente di afflusso prima della trasformazione;φ: coefficiente di afflusso dopo la trasformazione;n = 0.48: esponente della cpp per piogge di durata inferiore all’ora;15 mc/ha: volume specifico disponibile per la laminazione insuperfici impermeabili e permeabili diverse dall’agricola;I : percentuale di superficie impermeabile e permeabile trasformatarispetto all’area agricola;P: percentuale di superficie agricola inalterata.






Il sistema di invarianza idraulica è composto da un volume diinvaso abbinato ad un tubo di scarico con strozzatura. Inoltre, siimpone l’invarianza del coefficiente udometrico:

w = w0

(

φ

φ0

)1

1−n

− 15 I − wo P (1)

Q = 0.6A√

2 g h con A =πD2

n

4(2)

A seconda della tipologia di intervento, viene suggerito che:

Impermeabilizzazione Estensione dell’ Tipo dipotenziale intervento (ha) prescrizioneTrascurabile S ≤ 0.1 Formula w

Modesta 0.1 < S ≤ 1 Formula w ; Dn ≤ 200 mm; hmax < 1 mSignificativa 1 < S ≤ 10 oppure Formula w ; Dn e hmax da verificare

S > 10 e IMP ≤ 30% per un evento con θ = 2ore e Tr = 30Marcata S > 10 e IMP > 30% Studio di maggior dettaglio.






Il sistema di invarianza idraulica è composto da un volume diinvaso abbinato ad un tubo di scarico con strozzatura. Inoltre, siimpone l’invarianza del coefficiente udometrico:

w = w0

(

φ

φ0

)1

1−n

− 15 I − wo P (3)

Q = 0.6A√

2 g h con A =πD2

n

4(4)






Schema di applicazione della formula:

w = w0

(

φ

φ0

)1

1−n

− 15 I − wo P







w = w0

(

φ

φ0

)1

1−n

− 15 I − wo P






Esempio di applicazione della formula:






Calcolo parametri principali:






Calcolo volume minimo di invaso:


Nicolini

Text Box

3.5408





Calcolo diametro di scarico:


Nicolini

Text Box

(dati di progetto)





Verifica della vasca:


Nicolini

Text Box

1191.11

Nicolini

Text Box

0.603

Nicolini

Text Box

696.7




Stima dei parametri: metodo dell’invaso lineare

Un particolare metodo per determinare k è basato sul metodo

italiano diretto, che costituisce l’estensione del metodo italianodell’invaso utile per giungere direttamente alla portata didimensionamento della rete (Supino, 1929; Puppini, 1932).

1 Metodo italiano diretto: definisce la portata critica come quellaportata che risulta esattamente pari (per la durata critica) allaportata di riempimento della rete nella sezione considerata. Quindi:

θc = (2.6 + n)

(

w

ψ a

) 1n

(46)

Qc = uc S = 2168S n(ψ a)

1n

w1n−1

(47)

w =Wr + W0

104S(48)

nelle quali a è espresso in m/oran e w in m3/ha.N.B.: per n = 0.4 e ∆ψ = 20%, ∆uc = ∆θc = 58%!





Invarianza idraulica in Regione Emilia-Romagna

Deriva dall’applicazione di quest’ultimo metodo:

uc = 2168 n(ψ a)

1n

w1n−1

(49)

ponendo l’eguaglianza tra i coefficienti udometrici prima e dopo:

(ψ1 a)1n

w1n−1

1

=(ψ0 a)

1n

w1n−1

0

(50)

dalla quale si ottiene:

w1 = w0

(

ψ1

ψ0

)1

1−n

(51)

che rappresenta quindi il criterio già visto:

w = w0

(

φ

φ0

)1

1−n

− 15 I − wo P





Invarianza idraulica nella Regione Veneto

La Giunta Regionale, con delibera n. 3637 del 13.12.2002, haprevisto che per tutti gli strumenti urbanistici generali e le varianti,generali o parziali o che, comunque, possano recare trasformazionidel territorio tali da modificare il regime idraulico esistente, siapresentata una Valutazione di compatibilità idraulica. Previsionepoi confermata dal Piano di Tutela delle Acque adottato condelibera del Consiglio Regionale n. 107 del 05.11.2009.

Anche a seguito della disciplina urbanistica introdotta con L.R. n.11 del 23.04.2004, sono state emanate le nuove indicazioni per laredazione delle valutazioni di compatibilità idraulica (ultimoaggiornamento è il DGR n. 2948 del 06.10.2009).

Nel seguito si analizzeranno i principali punti salienti dell’Allegato Adel DGR n. 2348.





DGR n. 2348: Caratteristiche generali

Lo studio di compatibilità idraulica è parte integrante dellostrumento urbanistico e ne dimostra la coerenza con le condizioniidrauliche del territorio.

Alla luce di quanto disposto negli Atti di Indirizzo emanati ai sensidell’art. 50 della L.R. 11/2004, le opere relative alla messa in

sicurezza da un punto di vista idraulico (utilizzo dipavimentazioni drenanti su sottofondo permeabile per i parcheggi,aree verdi conformate in modo tale da massimizzare le capacità diinvaso e laminazione; creazione di invasi compensativi, manufatti dicontrollo delle portate delle acque meteoriche, ecc.) e geologico

(rilevati e valli artificiali, opere di difesa fluviale [briglie e muri dicontenimento laterale] dei terreni vengono definite opere di

urbanizzazione primaria.

In tale contesto dovranno essere ricomprese nel perimetro della

variante urbanistica anche le aree cui lo studio di compatibilitàattribuisce le funzioni compensative o mitigative, anche se esse nonsono strettamente contigue alle aree oggetto di trasformazione.





DGR n. 2348: Principali contenuti dello studio

E’ di primaria importanza che i contenuti dell’elaborato divalutazione pervengano a dimostrare che, per effetto delle nuoveprevisioni urbanistiche, non viene aggravato l’esistente livello di

rischio idraulico né viene pregiudicata la possibilità di riduzione

di tale livello.

Pertanto ogni progetto di trasformazione dell’uso del suolo cheprovochi una variazione di permeabilità superficiale deve prevederemisure compensative volte e mantenere costante il coefficienteudometrico secondo il principio dell’invarianza idraulica.

Lo studio dovrà essere articolato in:1 descrizione della variante oggetto di studio;2 descrizione delle caratteristiche dei luoghi;3 valutazione delle caratteristiche sopra descritte in riferimento ai

contenuti della variante;4 proposta di misure compensative e/o di mitigazione del rischio.





DGR n. 2348: Indicazioni operative

Per quanto attiene le condizioni di pericolosità derivanti dalla rete

idrografica maggiore si dovranno considerare quelle definite dalPAI. Potranno altresì considerarsi altre condizioni di pericolosità, perla rete minore, derivanti da ulteriori analisi condotte da altri Enti.Per le zone considerate pericolose la valutazione di compatibilitàidraulica dovrà analizzare la coerenza tra le condizioni di

pericolosità riscontrate e le nuove previsioni urbanistiche,eventualmente fornendo indicazioni di carattere costruttivo, quali adesempio la possibilità di realizzare volumi utilizzabili al di sotto delpiano campagna o la necessità di prevedere che la nuova edificazioneavvenga a quote superiori a quelle del piano campagna.Per quanto riguarda il principio dell’invarianza idraulica in lineagenerale le misure compensative sono da individuare nella

predisposizione di volumi di invaso per la laminazione delle piene.Potrà essere preso in considerazione il reperimento di nuovesuperfici atte a favorire l’infiltrazione dell’acqua, solamente come

misura complementare in zone non a rischio di inquinamento dellafalda e ovviamente dove tale ipotesi possa essere efficace.






Lo studio dovrà essere corredato di analisi pluviometrica conricerca delle curve di possibilità climatica per durate di

precipitazione corrispondenti al tempo di corrivazione criticoper le nuove aree da trasformare.

Il tempo di ritorno cui fare riferimento viene definito pari a 50 anni.

I coefficienti di deflusso, ove non determinati analiticamente,andranno convenzionalmente assunti pari a:

1 0.1 per le aree agricole;2 0.2 per le superfici permeabili (aree verdi);3 0.6 per per le superfici semi-permeabili (grigliati drenanti con

sottostante materasso ghiaioso, strade in terra battuta ostabilizzato);

4 0.9 per le superfici impermeabili (tetti, terrazze, strade, piazzali, ...).






I metodi per il calcolo delle portate di piena potranno essere di tipoconcettuale ovvero modelli matematici. Tra i molti modelli di tipoanalitico/concettuale di trasformazione afflussi-deflussi disponibili inletteratura si può fare riferimento a:

1 il Metodo Razionale;2 il Metodo del Curve Number;3 il Metodo dell’Invaso.

Tuttavia è sempre consigliabile produrre stime delle portate

con più metodi diversi e considerare ai fini delle decisioni i valoripiù cautelativi o comunque ritenuti appropriati dal progettista inbase alle opportune considerazioni caso per caso.

Il volume da destinare a laminazione delle piene sarà quellonecessario a garantire che la portata di efflusso rimanga costante.






Tuttavia è importante evidenziare che l’obiettivo dell’invarianza

idraulica richiede a chi propone una trasformazione di uso del

suolo di accollarsi, attraverso opportune azioni compensative neilimiti di incertezza del modello adottato per i calcoli dei volumi, gli

oneri del consumo della risorsa territoriale costituita dallacapacità di un bacino di regolare le piene e quindi di mantenere lecondizioni di sicurezza territoriale nel tempo.

Appare opportuno inoltre introdurre una classificazione degli

interventi di trasformazione delle superfici (cfr. Direttiva n. 3/2 del20.10.2003 RER).

Impermeabilizzazione Estensione dell’potenziale intervento (ha)Trascurabile S ≤ 0.1Modesta 0.1 < S ≤ 1Significativa 1 < S ≤ 10 oppure

S > 10 e IMP ≤ 30%Marcata S > 10 e IMP > 30%






A seconda della tipologia di intervento, viene suggerito che:Impermeabilizzazione Estensione dell’ Tipo dipotenziale intervento (ha) prescrizioneTrascurabile S ≤ 0.1 è sufficiente adottare buoni criteri costruttivi

per ridurre le superfici impermeabili (parcheggi).Modesta 0.1 < S ≤ 1 volumi compensativi; Dn < 200mm; hmax < 1mSignificativa 1 < S ≤ 10 oppure volumi compensativi; Dn e hmax

S > 10 e IMP ≤ 30% da calcolare in modo da garantire l’invarianza.Marcata S > 10 e IMP > 30% Studio di maggior dettaglio molto approfondito.

In caso di terreni ad elevata capacità di accettazione delle piogge (coefficiente di

filtrazione maggiore di 10−3 m/s e frazione limosa inferiore al 5%), in presenza di faldafreatica sufficientemente profonda e di regola in caso di piccole superficiimpermeabilizzate, è possibile realizzare sistemi di infiltrazione.

Tuttavia le misure compensative andranno di norma individuate in volumi di invaso perla laminazione di almeno il 50% degli aumenti di portata.

Qualora si voglia aumentare la percentuale di portata attribuita all’infiltrazione, fino aduna incidenza massima del 75%, il progettista dovrà documentare, attraverso appositielaborati progettuali e calcoli idraulici, la funzionalità del sistema a smaltire gli eccessi diportata prodotti dalle superfici impermeabilizzate rispetto alle condizioni antecedenti latrasformazione, almeno per un tempo di ritorno di 100 anni nei territori di collina emontagna e di 200 anni nei territori di pianura.


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