L’invarianza idraulico-idrologica ed i sistemi ad infiltrazione
Nell’articolo "L’invarianza idraulica, cos’è e come si realizza" abbiamo introdotto l’argomento dell’invarianza idraulico-idrologica: torniamo ora sulle motivazioni alla base dell’importanza di questo tema e parliamo dei sistemi ad infiltrazione.
La necessità di contenere le portate scaricate nei corpi idrici ricettori ha una duplice origine.
La prima è legata al cambiamento climatico che sta modificando in modo significativo i regimi delle precipitazioni. Risultano infatti essere sempre più frequenti le precipitazioni brevi ed intense e i sistemi di drenaggio tendono a essere sempre più frequentemente insufficienti.
La seconda è legata alla cementificazione. Negli ultimi decenni le aree urbane si sono sempre più espanse con conseguente ampliamento della superficie impermeabile e ciò ha generato un aumento delle portate scaricate nei corpi idrici ricettori, che risultano sempre più spesso insufficienti.
Infine c’è la tematica delle risorse idriche che tendono ad essere sempre meno ed un utilizzo oculato della risorsa è necessario.
Il principio di mantenere invariate le portate ed i volumi d’acqua scaricati nei corpi idrici ricettori successivamente ad un intervento urbano che vada a modificare il potenziale di deflusso del terreno non è un principio recente, ma ha origine dalla direttiva europea 2007/60/CE del 2007, relativa alla valutazione e gestione dei rischi di alluvioni.
Tuttavia l’applicazione a livello regionale è più recente e citiamo, solo per esempio: la D.G.R. n. 2948/2009 della Regione Veneto, la L.R. n. 11/2015 della Regione Friuli Venezia Giulia, il P.A.I. del 2017 della Regione Sardegna (art. 47), il PGRA-PAI del 2017 della Regione Emilia Romagna, il R.R. n. 7/2017 e R.R. 8/2019 della Regione Lombardia, fino alla D.D.G. 102/2021 della Regione Sicilia.
Quindi il quadro normativo è decisamente variegato.
Le normative sopra citate fanno riferimento principalmente a quattro tipologie di metodi di dimensionamento dei volumi di laminazione delle opere d’invarianza.
Fig. n. 1: andamento dello sfruttamento del suolo a livello nazionale e ripartizionale, espresso in percentuale di suolo consumato sulla superficie territoriale, tra gli anni '50 e il 2015 - Fonte: rete di monitoraggio ISPRA-ARPA-APPA
Il metodo delle sole piogge, richiamato in modo specifico dalla normativa della Regione Lombardia per i casi di media impermeabilizzazione potenziale, è un metodo semplificato che si basa sul semplice confronto tra il volume d’acqua entrante ed uscente nel sistema d’invarianza, considerando costante la portata uscente. Esso è di facile utilizzo e non tiene conto degli effetti della trasformazione afflussi-deflussi.
Il metodo diretto italiano, richiamato in modo specifico dalla normativa della Regione Emilia Romagna, è un caso particolare derivato dal metodo italiano dell’invaso ed appartiene alla classe di metodi dell’invaso lineare. Esso permette di calcolare direttamente i volumi d’invaso necessari semplicemente mantenendo costante il coefficiente udometrico al variare del coefficiente d’afflusso medio ponderale dell’area jm.
Il metodo della corrivazione, richiamato in modo specifico dalla normativa della Regione Friuli Venezia Giulia, è anch’esso un metodo semplificato, valevole per situazioni a portata scaricata costante, che ipotizza come prevalenti all’interno del bacino di scolo i fenomeni di traslazione dell’acqua, piuttosto che quelli di accumulo.
I metodi analitici di dettaglio, che si basano su una vera e propria analisi idrologica, partendo dai dati di piovosità dell’area, depurando le piogge lorde in piogge nette, ed adottando adeguati metodi di trasformazione afflussi-deflussi, definiscono minuto per minuto la portata in ingresso all’opera di laminazione o di infiltrazione e la conseguente portata scaricata nonché il volume d’acqua immagazzinato.
Spesso nell’ambito di interventi di gestione delle acque scaricate non è possibile scaricare in corpi idrici ricettori, ma è richiesto d’infiltrare le acque meteoriche direttamente nel terreno, con la realizzazione delle opere descritte nel seguito.
POZZI E TRINCEE DI INFILTRAZIONE
Una prima tipologia di opere sono i pozzi e le trincee d’infiltrazione.
I pozzi sono strutture a sviluppo prevalentemente verticale, che vanno ad infiltrare le acque nel terreno, negli strati sottostanti a quello superficiale.
La capacità d’infiltrazione dipende dalle dimensioni e dal numero dei pozzi, dalla permeabilità del terreno e dal gradiente idraulico.
Le trincee di infiltrazione invece, sono opere a sviluppo prevalentemente orizzontale e anch'esse vanno a infiltrare negli strati sottostanti a quello superficiale. Come per i pozzi, la loro capacità d’infiltrazione dipende dalle dimensioni, dalla lunghezza, dalla permeabilità del terreno e dal gradiente idraulico.
Fig. n. 2: EC737 - Invarianza idraulica: maschera risultati pozzo
Per il calcolo dell’infiltrazione si fa riferimento, in generale, alla formula di Darcy:
Qinf = Kcalc · i · Af
dove:
Qinf è la portata infiltrata;
Kcalc è il coefficiente di permeabilità di calcolo del terreno “a lungo termine”;
i è il gradiente idraulico;
Af è la superficie d’infiltrazione di calcolo.
Per il calcolo della portata infiltrata dei pozzi esistono poi diverse e varie formulazioni, di seguito citiamo la formula di Sieker:
dove:
Qinf è la portata infiltrata;
Kcalc è il coefficiente di permeabilità di calcolo del terreno a lungo termine;
H è l’altezza dell’acqua rispetto al fondo del pozzo;
D è il diametro del pozzo;
L è la distanza tra il fondo del pozzo e il livello della falda;
Af è la superficie d’infiltrazione di calcolo.
Il metodo di Sieker considera che la condizione d’infiltrazione avvenga nel mezzo insaturo e stima il valore di permeabilità di calcolo, al netto di aggiustamenti per condizione a lungo termine, pari al 50% del valore in condizioni sature (Kcalc = Ksat/2).
Per quanto riguarda il coefficiente di permeabilità di calcolo da adottare, bisogna fare alcune considerazioni. Innanzitutto, come accennato in precedenza, si deve valutare se la condizione di infiltrazione è nel mezzo saturo o insaturo poiché, a seconda del caso, cambia la permeabilità di calcolo.
Inoltre si deve tener conto del fatto che le acque infiltrate possono avere solidi in sospensione che col passare del tempo possono andare ad “intasarsi” e ridurre le dimensioni dei pori del terreno, generando una riduzione della permeabilità.
Pertanto alcune normative regionali prescrivono (o a volte consigliano) di adottare una permeabilità di calcolo in condizioni a lungo termine.
Ulteriormente quando si realizzano delle opere d’infiltrazione si deve tenere conto dei seguenti aspetti:
- la qualità delle acque meteoriche di cui si prevede l’infiltrazione in relazione alla loro compatibilità con la tutela della qualità delle acque di falda: non si possono infiltrare nel terreno acque inquinate;
- la possibile interferenza con le fondazioni o anche i piani interrati degli edifici esistenti per evitare che il flusso idrico interagisca con tali opere: le opere d’infiltrazione devono essere sufficientemente distanti da manufatti per non andare a pregiudicarne la funzionalità;
- la stabilità dei versanti o del sottosuolo che interagiscono con l’infiltrazione delle acque;
- la presenza di aree non adatte o poco adatte all’infiltrazione delle acque pluviali, quali aree caratterizzate da falda sub affiorante, aree con terreni a bassa permeabilità, ecc.
BACINI DI INFILTRAZIONE E ALTRI SISTEMI
Altri sistemi per infiltrare sono i bacini d’infiltrazione.
Si tratta di bacini naturali o artificiali che hanno la duplice funzione di creare un invaso e al contempo infiltrare le acque meteoriche nel terreno.
L’infiltrazione interessa o può interessare anche la porzione più superficiale del terreno e di questo è opportuno tenerne conto per stimare il potenziale d’infiltrazione del terreno e la relativa permeabilità di calcolo.
Fig. n. 3: bacino d'infiltrazione
Altre soluzioni per il rispetto dell’invarianza, correlate ai fenomeni d’infiltrazione, sono le pavimentazioni semipermeabili che consentono al contempo di aumentare il potenziale d’infiltrazione della superficie e contemporaneamente fornire un supporto meccanico adeguato rispetto a tipiche pavimentazioni impermeabili.
Fig. n. 4: pavimentazione semipermeabile
Infine per infrastrutture viarie possiamo citare tra i sistemi d’infiltrazione i canali inerbiti.
Sono canali lato strada che servono sia per convogliare le acque sia per infiltrarle.
CONCLUSIONI
In sintesi, quando non è possibile scaricare le acque in un corpo idrico ricettore, è possibile infiltrarle nel terreno adottando diverse tipologie di strutture: dai pozzi d’infiltrazione, alle trincee d’infiltrazione, ai bacini d’infiltrazione fino alle pavimentazioni semipermeabili ed ai canali inerbiti. Ogni soluzione ha il suo potenziale d’infiltrazione.
Al di là dell’aspetto tecnico ed economico, quando si realizzano tali opere bisogna tenere presente alcuni aspetti: la qualità delle acque che si vanno ad infiltrare, l’interferenza con manufatti interrati, la stabilità dei versanti, la natura del terreno e la posizione della falda.
Al fine di facilitare il compito dei progettisti, Edilclima ha sviluppato un apposito software, EC737 - Invarianza idraulica e idrologica basato sulla normativa di Lombardia e Emilia Romagna, i cui algoritmi possono essere utilizzati in tutte le Regioni italiane: guarda il video di presentazione.