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Maurizio Giugni » 21.Scaricatori di piena e vasche di prima pioggia


Le acqua di prima pioggia

Durante gli eventi piovosi l’acqua meteorica di scorrimento determina il dilavamento delle superfici urbane, causando il trasporto in fognatura di sostanze inquinanti, tra le quali, principalmente, solidi sedimentabili (organici e/o inorganici), elementi nutritivi, batteri, oli, grassi e metalli pesanti (Cu, Zn, Cd, etc.). Tale fenomeno è ormai riconosciuto come una delle maggiori cause di alterazione della qualità dei corpi idrici ricettori. Esso, con particolare riferimento ai primi minuti di un evento meteorico, prende il nome di “first flush“.
Le acque di prima pioggia possono essere definite come (Legge Regionale n. 62 del 27 maggio 1985 della Regione Lombardia):
quelle corrispondenti per ogni evento meteorico ad una precipitazione di 5 mm uniformemente distribuita sull’intera superficie scolante servita dalla rete di drenaggio. Ai fini del calcolo delle portate, si stabilisce che tale valore si verifichi in 15 minuti; i coefficienti di afflusso della rete si assumono pari ad 1 per le superfici coperte, lastricate e impermeabilizzate, e a 0.3 per quelle permeabili di qualsiasi tipo, escludendo dal computo le superfici coltivate“.

Normativa

Il Decreto Legislativo 152/1999 ed il successivo 152/2006 demandano alle Regioni il compito di disciplinare i casi e le modalità con cui tali acque debbano essere smaltite.
Nella Regione Campania, il Vice Commissario di Governo, con riferimento alla tutela delle acque, ha indica la seguente procedura:
dovrà essere afferita agli impianti di depurazione la totalità dei reflui civili e industriali gravitanti sulle reti degli agglomerati urbani superiori o uguali a 2000 abitanti, con la possibilità, per i sistemi unitari, di collettare in tempo di pioggia sino a cinque volte la portata nera di tempo secco, nonché, per tutti i tipi di rete, un volume di prima pioggia di almeno 25 m3/ha riferito alle superfici stradali direttamente connesse con i sistemi fognari“.

Interventi strutturali e non strutturali

Al fine di ridurre il carico inquinante nei corpi idrici ricettori non è sufficiente depurare le sole acque reflue ma è necessario adottare dispositivi per il controllo degli scarichi di origine meteorica.
E’ possibile distinguere due tipologie di interventi:

  • Interventi non strutturali (source control) che mirano a ridurre alla sorgente la produzione di sostanze inquinanti.Gli interventi non strutturali sono:
    • rimozione dei detriti da aree impermeabilizzate
    • programmi di educazione del personale impiegato nei lavori di immagazzinamento
    • riduzione di esposizione alle piogge di materiali stoccati in piazzali
    • riduzione e conversione dei potenziali inquinanti chimici utilizzati nelle applicazioni industriali ed agricole
    • pulizia delle strade e delle aree di parcheggio con macchine spazzatrici
    • sistemi secondari per la deviazione e la raccolta provvisoria delle acque di pioggia
  • Interventi strutturali (treatment control)miranti a trattare adeguatamente le acque di dilavamento contaminate. Essi sono:
    • scaricatori di piena
    • vasche di prima pioggia

Scaricatori di piena

Gli scaricatori di piena sono manufatti atti a deviare in tempo di pioggia verso i ricettori finali le portate meteoriche eccedenti le portate nere diluite, definite come compatibili con l’efficienza degli impianti di trattamento delle acque reflue urbane.
Durante gli eventi meteorici si verificano diluizioni spinte delle acque convogliate nelle reti miste di drenaggio urbano e diviene possibile, se necessario, smaltire parte delle acque in arrivo nell’emissario più vicino.


Scaricatori di piena (segue)

Il dimensionamento degli scaricatori di piena è legato alla determinazione della portata di soglia Qnd (portata nera diluita) in rete unitaria, o Qbd (portata bianca diluita) in caso di rete esclusivamente pluviale, oltre la quale inizia lo sfioro verso il ricettore. Tale portata è definita in funzione di quella massima accettabile dalla rete di valle per gli scaricatori di alleggerimento, mentre, nel caso di scaricatori predisposti all’ingresso di un impianto di trattamento, in funzione delle dimensioni dell’impianto e conseguentemente della portata che può essere trattata nei periodi di pioggia.
Nella figura seguente vengono riportati gli schemi idraulici di funzionamento degli scaricatori di piena nei sistemi fognari separati e unitari, che consentono lo scarico nel ricettore solo quando la portata supera il valore di soglia prefissato.

Schemi idraulici degli scaricatori di piena. Fonte: Centro Studi Deflussi Urbani (1997). Sistemi di Fognatura. Manuale di progettazione. Hoepli, Milano

Schemi idraulici degli scaricatori di piena. Fonte: Centro Studi Deflussi Urbani (1997). Sistemi di Fognatura. Manuale di progettazione. Hoepli, Milano


Scaricatori di piena (segue)

Nel caso dei sistemi unitari, la portata derivata Q dovrebbe essere costantemente uguale a quella di soglia Qnd (portata nera diluita) espressa in funzione del rapporto di diluizione:

r=\frac{Q_{nd}}{Q_{nm}}

dove Qnm è la portata media nera in tempo asciutto. Da tale definizione consegue:

Q_{nd}= r \cdot Q_{nm} = Q_{nm} + (r-1) \cdot Q_{nm}

in cui (r-1) Qnm rappresenta il valore di soglia della portata meteorica (detta anche bianca) Qb.
Facendo le ipotesi semplificative di miscelazione completa tra la portata nera Qn e quella bianca Qb, assenza di sedimentazione in rete, assenza di trasformazioni biochimiche delle sostanze convogliate, sostanze inquinanti presenti con le concentrazioni della portata nera cn e della portata bianca cb , sempre costanti durante l’evento, la concentrazione media ponderale c(t) al tempo t degli stessi inquinanti nella portata complessiva che si forma in fognatura è data da:

c(t)= \frac {c_nQ_n(t)+c_bQ_b(t)}{Q_n(t)+Q_b(t)}

Scaricatori di piena (segue)

Dal punto di vista ambientale lo sfioro potrebbe essere ammesso solo quando la diluizione determinata dalla portata Qb è tale da ridurre c a valori compatibili con il ricettore.
Considerando la portata nera costante e pari al suo valore medio Qnm , la concentrazione cs nel momento in cui inizia lo sfioro è data da:

\frac {c_nQ_{nm} + c_b(r-1)Q_{nm}} {rQ_{nm}} \longrightarrow \frac {c_n + c_b(r-1)} {r}

Noti i valori di cn e cb di ogni parametro inquinante d’interesse e fissato il corrispondente valore cs ammissibile per il ricettore, con la relazione precedente si calcola il rapporto r di progetto e quindi la portata Qnd caratteristica del manufatto partitore. La scelta del valore Qnd (o r) da adottare nel progetto dello scaricatore fu demandata dalla Legge Merli (abrogata dal D.L. 152/99 e successivo D.L. 258/2000) alle Regioni, infatti nel D.L. 258/2000 non risulta presente alcuna indicazione circa il dimensionamento degli scaricatori di piena.
In ogni caso, in assenza di puntuali determinazioni (in genere affidate alle Regioni), il DPCM 4 marzo 1996 impone un valore minimo di r pari a 3.

Tipologia di scaricatori piena

Fonte: V. Biggiero (1969), Scaricatori di piena per fognatura. Criteri di progettazione, Ingegneri, Periodico dell’Ordine degli Ingegneri della Provincia di Napoli, Anno X- n. 57

Fonte: V. Biggiero (1969), Scaricatori di piena per fognatura. Criteri di progettazione, Ingegneri, Periodico dell'Ordine degli Ingegneri della Provincia di Napoli, Anno X- n. 57


Tipologia di scaricatori piena (segue)

Fonte: V. Biggiero (1969), Scaricatori di piena per fognatura. Criteri di progettazione, Ingegneri, Periodico dell’Ordine degli Ingegneri della Provincia di Napoli, Anno X- n. 57

Fonte: V. Biggiero (1969), Scaricatori di piena per fognatura. Criteri di progettazione, Ingegneri, Periodico dell'Ordine degli Ingegneri della Provincia di Napoli, Anno X- n. 57


Tipologia di scaricatori piena (segue)

Fonte: V. Biggiero (1969), Scaricatori di piena per fognatura. Criteri di progettazione, Ingegneri, Periodico dell’Ordine degli Ingegneri della Provincia di Napoli, Anno X- n. 57

Fonte: V. Biggiero (1969), Scaricatori di piena per fognatura. Criteri di progettazione, Ingegneri, Periodico dell'Ordine degli Ingegneri della Provincia di Napoli, Anno X- n. 57


Tipologia di scaricatori piena (segue)

Fonte: V. Biggiero (1969), Scaricatori di piena per fognatura. Criteri di progettazione, Ingegneri, Periodico dell’Ordine degli Ingegneri della Provincia di Napoli, Anno X- n. 57

Fonte: V. Biggiero (1969), Scaricatori di piena per fognatura. Criteri di progettazione, Ingegneri, Periodico dell'Ordine degli Ingegneri della Provincia di Napoli, Anno X- n. 57

Fonte: Centro Studi Deflussi Urbani (1997). Sistemi di Fognatura. Manuale di progettazione, Hoepli, Milano

Fonte: Centro Studi Deflussi Urbani (1997). Sistemi di Fognatura. Manuale di progettazione, Hoepli, Milano


Vasche di prima pioggia

In queste possono essere accumulate le acque di prima pioggia, ricche di inquinanti, per poi inviarle alla depurazione con portate compatibili con l’impianto.

EURO MEC, impianti prefabbricati depurazione acque. Serie IPP/AM

EURO MEC, impianti prefabbricati depurazione acque. Serie IPP/AM

MUSILLI S.p.A

MUSILLI S.p.A


Tipologie di vasca di prima pioggia

Vasche in linea

Vasche in linea

Vasche fuori linee di transito

Vasche fuori linee di transito


Tipologie di vasca di prima pioggia (segue)

Vasche fuori linea di cattura. Fonte: Ciaponi C., Papiri S. e Todeschini S., Vasche di prima pioggia: analisi critica delle possibili modalità di svuotamento, Acqua e Città. Convegno Nazionale di Idraulica Urbana, 2005

Vasche fuori linea di cattura. Fonte: Ciaponi C., Papiri S. e Todeschini S., Vasche di prima pioggia: analisi critica delle possibili modalità di svuotamento, Acqua e Città. Convegno Nazionale di Idraulica Urbana, 2005


Vasche di prima pioggia: caratteristiche costruttive

I manufatti devono rispettare le seguenti prescrizioni:

  • capacità di accumulo fino al volume calcolato per le acque di prima pioggia
  • sfioro continuo e indisturbato delle acque di seconda pioggia
  • svuotamento in fognatura entro 48 ore dalla fine della precipitazione, mediante pompaggio o a gravità

V= S x h

dove:

  • V è il volume utile della vasca [m3], compreso fra il livello minimo e massimo della sezione di accumulo, riferito all’area di base della stessa vasca
  • S è la superficie scolante impermeabile servita dalla rete di drenaggio [m2]
Fonte: Idrodepurazione srl, Acque di prima pioggia. Calcolo, regolazione e depurazione, IENCO, 2002

Fonte: Idrodepurazione srl, Acque di prima pioggia. Calcolo, regolazione e depurazione, IENCO, 2002


Vasche di prima pioggia: dispositivi di pulizia

Fonte: Idrodepurazione srl, Acque di prima pioggia. Calcolo, regolazione e depurazione, IENCO, 2002

Fonte: Idrodepurazione srl, Acque di prima pioggia. Calcolo, regolazione e depurazione, IENCO, 2002

Fonte: Idrodepurazione srl, Acque di prima pioggia. Calcolo, regolazione e depurazione, IENCO, 2002

Fonte: Idrodepurazione srl, Acque di prima pioggia. Calcolo, regolazione e depurazione, IENCO, 2002


Vasche di prima pioggia: dispositivi di pulizia (segue)

Fonte: Idrodepurazione srl, Acque di prima pioggia. Calcolo, regolazione e depurazione, IENCO, 2002

Fonte: Idrodepurazione srl, Acque di prima pioggia. Calcolo, regolazione e depurazione, IENCO, 2002

Fonte: Idrodepurazione srl, Acque di prima pioggia. Calcolo, regolazione e depurazione, IENCO, 2002

Fonte: Idrodepurazione srl, Acque di prima pioggia. Calcolo, regolazione e depurazione, IENCO, 2002


I materiali di supporto della lezione

Ippolito, G., Appunti di Costruzioni Idrauliche, Liguori Editore

AA. VV., Sistemi di fognatura. Manuale di Progettazione, Centro Studi Deflussi Urbani, Hoepli Editore

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