Maurizio Giugni » 18.I sistemi di drenaggio urbano

Sistemi di drenaggio urbano

Un sistema di drenaggio urbano è costituito dalle opere di raccolta ed immissione delle acque meteoriche e reflue nei collettori stradali, dalla rete di drenaggio propriamente detta, dagli eventuali manufatti di controllo idraulico ed ambientale .
Lo smaltimento delle acque usate e, come si vedrà, anche quello delle acque meteoriche, può dare luogo a notevoli alterazioni qualitative dei corsi d’acqua di recapito, con conseguenze che non possono essere più considerate accettabili in relazione agli standard ambientali che la nostra società si propone. Quindi l’analisi di un sistema di drenaggio urbano deve prendere in esame:

• il sistema di fognatura, destinato alla raccolta, all’allontanamento ed allo scarico delle acque usate e meteoriche
• l’impianto di depurazione, adibito alla depurazione delle acque reflue e di parte di quelle meteoriche, prima di avviarle al recapito finale
• i corpi idrici di recapito (o ricettori), che ricevono le acque scaricate e ne subiscono l’impatto

Sistemi di drenaggio urbano

Dal punto di vista puramente tecnico, il progetto di una rete di fognatura si articola in una serie di
operazioni, di seguito descritte:

a) necessità dell’intervento ed obiettivi della progettazione
b) analisi dell’assetto territoriale: normativa di riferimento, piani urbanistici, popolazione, industrie, parchi, piani di risanamento delle acque, sistemi di smaltimento esistenti, caratteristiche dei terreni (geologiche ed uso del suolo), altre reti in esercizio (acquedotto, elettricità, gas, telecomunicazioni)
c) analisi delle condizioni di recapito: ubicazione e caratteristiche degli impianti di depurazione, punti di scarico, condizioni dei ricettori (stabilità dell’alveo, portate, livelli idrici, qualità e uso dell’acqua)
d) scelta del sistema di fognatura (unitario o separato)
e) tracciato della rete e ubicazione dei manufatti speciali
f) valutazione delle portate di tempo asciutto
g) analisi delle piogge intense e valutazione delle portate meteoriche
h) valutazione dei carichi inquinanti di “tempo asciutto” e di “tempo di pioggia”
i) calcolo degli spechi
j) dimensionamento dei manufatti ordinari e speciali e delle apparecchiature
k) definizione dei criteri gestionali

Sistemi unitari e separati

Esistono due tipi di sistemi fognari:

1. il sistema unitario (impropriamente detto anche misto), che raccoglie nelle medesime canalizzazioni sia le acque reflue che quelle meteoriche: in tempo di pioggia le due acque si mescolano;
2. il sistema separato, che colletta le acque reflue e quelle meteoriche in due reti distinte:

• la rete sanitaria, o nera, o fecale, che raccoglie le acque reflue
• la rete pluviale, o bianca, che colletta le acque meteoriche

La scelta del tipo di sistema costituisce una delle prime decisioni da prendere in fase di progettazione. È una scelta delicata, in quanto da essa dipende in larga misura il successo dell’opera.

Schemi di rete unitaria e separata con manufatto ripartitore (scaricatore)

Schemi di rete unitaria e separata con manufatto ripartitore (scaricatore). Fonte: Centro Studi Deflussi Urbani, Sistemi di fognatura. Manuale di progettazione, Hoepli

Sistemi unitari e separati

Per una migliore comprensione dei criteri di scelta del sistema, va tenuto presente quanto segue:
a) in caso di piogge intense le portate meteoriche di un bacino urbano sono notevolmente più elevate delle portate di tempo asciutto: il rapporto può raggiungere valori dell’ordine del centinaio
b) anche le acque meteoriche sono inquinate, in quanto dilavano le superfici urbane (strade e tetti), caricandosi di sostanze inorganiche e organiche, con concentrazioni che possono attingere valori paragonabili a quelli dei liquami
c) sono inquinate in particolare le cosiddette acque di prima pioggia
d) non è possibile addurre le elevate portate meteoriche agli impianti di depurazione, perché:

• dimensionare i depuratori per le punte pluviali sarebbe costoso
• i trattamenti biologici usati per i liquami sono incompatibili con la forte intermittenza degli apporti meteorici
• un depuratore che subisse un elevato sovraccarico idraulico in tempo di pioggia andrebbe rapidamente fuori servizio

e) occorre prevedere un trattamento depurativo per le acque di prima pioggia, utilizzando per la separazione appositi dispositivi (scaricatori di piena, vasche di prima pioggia)
f) è opportuno evitare per quanto possibile il sollevamento delle acque meteoriche, in quanto esso richiede elevati costi d’installazione per condizioni di funzionamento non frequenti

Sistemi unitari e separati

In tempo di pioggia, quindi, le reti unitarie – mediante appositi manufatti, detti scaricatori di piena – scolmano gran parte della portata prima dell’ingresso all’impianto di depurazione, avviandola al recapito senza trattamento.
Va, altresì, tenuto presente che possono trovare accesso alla fognatura, anche in tempo asciutto, acque di falda (dette anche acque parassite) che, se in grande quantità e non previste, possono dar luogo al funzionamento degli scaricatori anche in tempo asciutto.
Oggi è molto diffusa l’opinione che dal punto di vista ambientale siano preferibili i sistemi separati, i quali, almeno in teoria, non scaricano nei ricettori liquame non trattato. Purtroppo non è facile assicurare una corretta separazione delle acque meteoriche dai liquami, in quanto non sempre si riescono ad evitare collegamenti impropri tra le due reti, a causa:
a) dell’allaccio illegale di scarichi di liquame alla rete pluviale, che provocano il rilascio continuo di liquame non trattato nei ricettori;
b) dell’allaccio di scarichi pluviali alla rete sanitaria, con la conseguenza di:

• ammettere al depuratore acque meteoriche in eccesso, compromettendo il funzionamento del sistema di depurazione
• sovraccaricare, talvolta in modo notevole, la rete sanitaria, con conseguente funzionamento in pressione e fuoriuscita di liquame

Sistemi unitari e separati

Criteri di scelta

La scelta del sistema di fognatura, unitario o separato, è guidata da criteri tecnici ed economici.
Per quanto riguarda l’aspetto economico, indubbiamente un sistema separato è nettamente più oneroso di uno unitario, perché:

• dati i notevoli valori delle portate meteoriche, gli spechi della rete pluviale separata devono avere le stesse dimensioni di quelli della rete unitaria, con costi molto simili
• per consentire l’intersezione delle reti, la rete sanitaria separata deve essere disposta a profondità maggiore di quella pluviale, con più elevati costi di scavo
• aumenta ovviamente in modo notevole il numero degli allacciamenti e delle opere d’arte da realizzare

In qualche caso, però, il sistema separato può risultare più economico di quello unitario:

• nei piccoli centri urbani, conformati in modo che la rete pluviale possa ridursi a pochi tronchi che trovano immediato recapito in colatori naturali fuori del centro urbano stesso
• nelle zone pianeggianti, con pochi punti di recapito, in cui la necessità di mantenere pendenze sufficienti al deflusso dei liquami in tempo asciutto impone l’inserimento di numerosi sollevamenti: l’adozione di un sistema separato può consentire di sollevare soltanto le acque reflue, assegnando pendenze minori per la rete pluviale

Sistemi unitari e separati

Per quanto riguarda l’aspetto tecnico, gli argomenti a favore del sistema separato sono relativi essenzialmente agli aspetti ambientali. Tuttavia è opportuno tenere presente quanto segue:
a) il sistema separato deve essere evitato se non v’è assoluta garanzia che siano rigorosamente assicurati:

• la separazione degli scarichi pluviali e sanitari di ciascuna abitazione
• il collegamento di ciascuno scarico con la rete di competenza

Se tale garanzia non esiste, il sistema separato risulta molto più inquinante di quello unitario, perché i liquami immessi nella rete pluviale vengono scaricati anche in tempo asciutto;
b) dato che le acque pluviali sono esse stesse notevolmente inquinate, il beneficio ambientale di un sistema separato, anche se correttamente funzionante, è comunque limitato.
Nelle zone rurali, in cui lo smaltimento delle acque pluviali in genere avviene tramite il reticolo idrografico naturale o tramite il sistema di smaltimento agricolo, costituito da scoline e fossi, la fognatura ha quasi soltanto la funzione di raccolta delle acque reflue, per cui l’adozione del sistema separato è di rigore.

Tracciato

Drenaggio urbano e reticolo idrografico
Ragioni d’economia e di funzionalità fanno sì che il tracciato ottimale dei collettori principali di una rete di fognatura segua in larga misura gli impluvi naturali, a meno che l’impatto antropico sul tessuto urbano non abbia talmente stravolto la topografia originaria da rendere ciò impossibile.
Questo, però, non significa che i colatori naturali esistenti debbano essere trasformati in collettori. I canali sotterranei sono molto più costosi dei canali all’aperto, e in generale non conviene immettervi acque provenienti dall’esterno dell’area urbana. È importante, quindi, deviare le acque pluviali provenienti dalle zone rurali circostanti, smaltendole più economicamente con un sistema indipendente di canali aperti, senza attraversare l’area urbana.
La struttura della rete di drenaggio urbano dipende, quindi, essenzialmente dalla struttura urbanistica dell’abitato e dalla conformazione e composizione del terreno. I principali tipi di rete sono:

• perpendicolare (a pettine)
• a collettori paralleli
• a ventaglio
• radiale
• a terrazzi

Limiti di velocità

Il dimensionamento idraulico di una rete di fognatura va sviluppato tenendo conto delle velocità limite ammesse (minime e massime), così come prescritto dalla Circolare 11633 del Ministero LL.PP. (07.01.1974).

Velocità minima
La velocità relativa alla portata fecale media per fognature unitarie e per fognature nere non dovrà di norma essere inferiore a 0.50 m/s, al fine di evitare l’instaurarsi di condizioni favorevoli alla sedimentazione delle sostanze trasportate. L’accumulo di sostanze sedimentate, infatti, può ridurre la sezione idrica, fino all’occlusione pressoché totale della fogna, se i depositi con il tempo si consolidano, diventando difficilmente asportabili. Inoltre i depositi sono generalmente putrescibili, e danno luogo allo sviluppo di gas maleodoranti o addirittura tossici (H₂S) o infiammabili (CH₄).

Velocità massima
La velocità relativa alla portata di punta non dovrà di norma essere superiore a 4 m/s (fogne unitarie) ed a 5 m/s (fogne bianche), per limitare il degrado dovuto all’azione meccanica dell’acqua e del materiale solido trascinato dalla corrente.

spechi fognari

Tipi di specchi fognari

spechi fognari (segue)

Scale di deflusso per specchio circolare ed ovoidale

spechi fognari (segue)

Fognatura di Parigi

spechi fognari (segue)

Fognatura di Parigi

spechi fognari (segue)

Fognatura di Manhattan

spechi fognari (segue)

Fognatura di Bruxelles

Fognatura di Roma

spechi fognari (segue)

Fognatura di Vienna