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

6

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.

8

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.

9

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.

10

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.

12

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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