Impatto dei sistemi fognari su corpi idrici di modesta entità il caso ...

IX Giornata sul drenaggio urbano sostenibile:
“Impatto antropico sulle reti di drenaggio naturale in ambito urbano”
Università degli Studi di Brescia
Dipartimento di Ingegneria Civile,
Architettura, Territorio e Ambiente
Università degli Studi di Genova
Università degli Studi della Calabria
Dipartimento di Difesa del Suolo
IMPATTO DEI SISTEMI FOGNARI SU CORPI
IDRICI DI MODESTA ENTITA’: IL CASO
DELLA ROGGIA VERNAVOLA A PAVIA
Sergio PAPIRI, Sara TODESCHINI
Dipartimento di Ingegneria Idraulica e Ambientale
Università degli Studi di Pavia
Via Ferrata,1 – 27100 Pavia
papiri@unipv.it – sara.todeschini@unipv.it

- Lunghezza Lunghezza: 15 Km
LA ROGGIA VERNAVOLA
- Origine Origine: : San Genesio ed Uniti
Manufatto
derivatore
Derivazione in
sponda destra
dalla roggia
Carona
Pavia
S. Genesio ed Uniti

EVOLUZIONE URBANISTICA DELL’ULTIMO SECOLO
S. Genesio ed Uniti
Pavia

SCARICHI FOGNARI
Il sistema fognario di tipo unitario
serve una popolazione di circa
61.800 AE (di origine civile circa
51.000 e produttiva 10.800). La
superficie drenata è di circa 620
ha ha, , di cui 340 ha impermeabili.
Gli scarichi fognari sono 28: 28
25 scaricatori di piena
3 scarichi diretti
WWTP

Impatto idraulico

Campagne sperimentali e modellazione numerica
Bacino residenziale di Cascina Scala Bacino produttivo del Bivio Vela
Evento 28/03/2001
Estensione:
12.68 ha
Grado di
impermeabilizza-
zione: 62%
Q [l/s]
600
450
300
150
0
Evento 31/08/2007
Estensione: 85,5 ha
Grado di
impermeabilizzazione
previsto: 70%
Area attualmente servita
dalla rete: 64,3 ha
Grado di
impermeabilizzazione
attuale: 32%
Ietogramma
Idrogramma simulato
0 Idrogramma 500 1000 sperimentale 1500 2000
Idrogramma simulato modificato
0 500 1000 1500 2000
Tempo [min]
MODELLO CONCETTUALE GLOBALE BASATO SULLA TEORIA DELL’INVASO LINEARE
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
Intensità [mm/min]

Modellazione afflussi - deflussi
(51 eventi: hh TOT
Ietogrammi sperimentali nel periodo 1/08/2006 - 31/07/2007 IET 6 ore.
TOT = 716 mm - hh PP = 2,1 2,1-103,6 103,6 mm - imax max 1’ =0,01 =0,01-1,99 1,99 mm/min -- TSA TSA =0,25 =0,25-25,94 25,94 d - dd PP = 18 18-2050 2050 min)
Trasformazione afflussi afflussi-deflussi deflussi per ogni sistema bacino bacino-rete rete
fognaria pertinente ciascuno scarico
MODELLO CONCETTUALE
GLOBALE BASATO SULLA
TEORIA DELL’INVASO LINEARE
Q [L/s]
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
Volume inviato a trattamento
Idrogramma bacino proprio S12 [L/s]
Somma degli idrogrammi da bacini di monte [L/s]
Idrogramma totale in ingresso alla stazione S12 [L/s]
Portata inviata a trattamento [L/s]
Ietogramma [mm/min]
0 60 120 180 240
Tempo [min]
0
1
2
3
4
5
6
i [mm/min]

100%
80%
60%
40%
20%
0%
250000
200000
150000
100000
50000
R. R. LAGH. LAGH.
S5S6
S6AS7 S6A
S9A44S9 S9A
0
Bilanci annui
R. LAGH.
S5S6
S6AS7
S9A44S9
BORD BORD
S1060 S10
% Volumi scaricati
% Volumi a depurazione
BORD S1060
STO STO SP SP
S11S12 S11S1269S13
STO SP S11S1269S13
S13a
S13b S1451S15S1
S13
S13a S13a
S13b S13b
S1451S15S1 S14
S15
S2-S3 S2-S3
762
Spelta
Spelta
70
Volumi scaricati nella roggia Vernavola [m 3 Volumi idrici scaricati nella roggia roggiaVernavola Vernavola ] [m 3 ]
S2-S3 762
Spelta 70

Modellazione fluviale
Idrogrammi riversati nella Vernavola Vernavola da ciascun punto di scarico durante un evento
meteorico in base alle caratteristiche dimensionali e di funzionamento dei manufatti di
sfioro e delle eventuali stazioni di sollevamento abbinate.
Rilievo morfometrico della roggia.
Modellazione idraulica della roggia che riceve molteplici scarichi di piena
lungo il suo percorso
Sez. 1
Sez. 65
Sez. 87
Q [m 3 /s]
15
12
9
6
3
0
INFOWORKS RS (RIVER
SIMULATION) DELLA
WALLINGFORD SOFTWARE
0 1 2 3 4 5 6
Tempo [h]
Idrogramma sez. 1
Idrogramma sez. 65
Idrogramma sez. 87
Ietogramma
0
0,6
1,2
1,8
2,4
3
i [mm/min]

Onde di piena immediatamente a valle area urbana (sez.87)
Evento
Altezza
totale
[mm] Durata [h]
I max 1’
[mm/min] Picco di Q [m [m3 /s]
02/08/06 69,3 22,6 0,79 6,93
12/08/06 8,6 1,5 1,45 8,26
13/09/06 27,7 8,0 1,23 8,51
24/09/06 22,0 1,5 1,99 7,27
03/05/07 103,6 25,6 1,46 7,93
05/05/07 41,0 20,5 1,21 2,99
Colore
identificativo
dell’evento
Cav. Campari (1896), (1896) , Nelle Nelle massime massime piene piene la la Vernaola Vernaola può può raggiungere raggiungere 30 30 moduli moduli italiani italiani (3 m m3 /s)

Impatto inquinante

CAMPAGNE DI MONITORAGGIO
Stazioni di campionamento

CQ
IBE
I
II
III
IV
V
CQ
LIM
I
II
III
IV
V
APAT, APAT, 2001 2001
Ambiente non
inquinato
Ambiente poco
inquinato
Ambiente
inquinato
Ambiente
molto
inquinato
Ambiente
fortemente
inquinato
D.Lgs D.Lgs, , 152/2006
152/2006
Condizione
ottima
Condizione
buona
Condizione
sufficiente
Condizione
scadente
Condizione
pessima
CAMPAGNE DI TEMPO ASCIUTTO
ASCIUTTO: : US US: : Taxon Taxon; ; 100--OD 100 OD (% (% sat.); sat.); BOD BOD5 (O2 (O2 mg/l); mg/l);
COD (O2 (O2 mg/l); mg/l); NH NH4 (N (N mg/l); mg/l); NO 3 (N (N mg/l); mg/l); P tot (P (P mg/l); mg/l); E.coli ((UFC UFC/100 /100 ml) ml)
US IBE
CQ
IBE
100-
OD BOD5 COD NH4 NO3 Ptot E.coli LIM CQ
NOVEMBRE 2007
V1 4 4 IV 27 2,5 15,7 0,33 2,4 0,14 1500 III IV
V5 5 4/5 IV 15 1,7 12,4 0,17 2,6 0,09 2800 III IV
V8 10 6/7 III 19 2,9 11,9 0,15 2,0 0,11 1700 III III
FEBBRAIO 2008
V1 6 6/5 III IV 20 3,9 24,6 0,69 1,4 0,17 14500 III III IV
V5 3 4 IV 14 2,3 18,1 0,14 1,8 0,06 4600 II IV
V8 7 6 III 21 2,4 10,3 0,22 1,8 0,08 4200 III III
MAGGIO 2008
V1 7 5 IV 22 4,5 14,3 0,78 1,3 0,24 32000 III IV
V5 6 4/5 IV 15 1,8 7,9 0,12 1,9 0,09 6400 II IV
V8 5 4 IV III 12 2,2 8,2 0,12 1,5 0,12 10300 II IV III
LUGLIO 2008
V1 6 5 IV 13 2,4 22,9 0,31 1,2 0,16 28000 III IV
V5 9 6 III 8 1,2 19,2 0,14 1,6 0,11 5800 II III
V8 9 6 III 15 2,1 13,8 0,13 1,4 0,15 5800 II III
OTTOBRE 2008
V1 5 5/6 IV III 16 2,6 12,2 0,40 1,6 0,11 13000 III IV III
V5 5 5 IV III 16 < 2,5 8,1 0,08 1,9 0,06 4000 II IV III
V8 9 6 III 16 3,4 8,6 0,08 1,7 0,08 7400 III III
GENNAIO 2009
V1 4 4 IV 16 3,8 12,2 0,45 1,2 0,09 20000 III IV
V5 7 6 III 16 3,7 6,0 0,19 1,4 0,05 3000 II III
V8 7 6 III 13 3,0 7,1 0,19 1,8 0,07 6000 III III
MAGGIO 2009
V1 7 5 IV 14 2,9 10,7 0,60 1,6 0,17 24000 III IV
V5 3 4 III IV 18 2,2 8,6 0,13 1,8 0,12 4400 II III IV
V8 2 4 V 18 2,0 10,1 0,22 1,8 0,10 10700 III V

CONFRONTO TRA CAMPAGNE
DI TEMPO ASCIUTTO E DI
TEMPO DI PIOGGIA
US US: : Taxon Taxon; ; 100--OD 100 OD (% (% sat.); sat.);
BOD BOD5 (O2 (O2 mg/l); mg/l); COD (O2 (O2 mg/l); mg/l);
NH NH4 (N (N mg/l); mg/l); NO 3 (N (N mg/l); mg/l); P tot
(P (P mg/l); mg/l); E.coli ((UFC UFC/100 /100 ml) ml)
CQ CQ
LIM LIM
I
II
III
IV
V
D.Lgs, D.Lgs, 152/2006 152/2006
Condizione
ottima
Condizione
buona
Condizione
sufficiente
Condizione
scadente
Condizione
pessima
27/06/2008 - Tempo asciutto
Parametro St. S1 St. S2 St. S3 St. S4 St. S5 St. S6 St. S7 St. S8
100-OD
[% sat.]
BOD5
[O2 mg/L]
COD
[O2 mg/L]
NH4
[N mg/L]
NO3
[N mg/L]
Fosforo tot.
[P mg/L]
E. coli
[UFC/100 mL]
39,7 44,2 29,5 24,5 17,5 18,6 14,5 23,4
5 ≤ 2,5 ≤ 2,5 ≤ 2,5 4 ≤ 2,5 4 ≤ 2,5
9 < 5 < 5 < 5 7 < 5 8 < 5
1,09 0,11 0,09 0,19 0,09 0,19 0,36 0,13
1,13 2,14 2,98 1,93 1,93 1,99 1,94 1,75
0,39 0,28 0,28 0,37 0,29 0,28 0,32 0,32
> 40.000 1.400* 1.100* 5.600 4.900 12.000 22.000 25.000
Livello III II II II III II III III
Colore
1/07/2008 – Alla fine dell’evento meteorico del 30/06/2008
Parametro St. S1 St. S2 St. S3 St. S4 St. S5 St. S6 St. S7 St. S8
100-OD
[% sat.]
BOD5
[O2 mg/L]
COD
[O2 mg/L]
NH4
[N mg/L]
NO3
[N mg/L]
Fosforo tot.
[P mg/L]
E. coli
[UFC/100 Ml]
22 24,4 20,6 21,3 25,4 32,4 28 18,7
13 8 7 7 10 9 10 11
25 15 13 13 18 16 18 20
0,47 0,17 0,15 0,16 0,12 0,21 0,19 0,63
1,75 1,61 1,81 1,49 1,52 1,76 1,69 1,7
0,30 0,25 0,22 0,26 0,23 0,24 0,28 0,26
> 40.000 23.100 22.900 24.900 14.000 36.900 40.000 > 40.000
Livello V III III III IV IV IV IV
Colore

Campagne sperimentali e modellazione numerica
Bacino residenziale di Cascina Scala Bacino produttivo del Bivio Vela
Evento 23/06/2000
Estensione:
12.68 ha
Grado di
impermeabilizza_
zione zione: : 62%
Qm [kg/min]
3,20
2,40
1,60
0,80
0,00
Evento 15/05/2007
Estensione: 85,5 ha
Grado di
impermeabilizzazione
previsto: 70%
Area attualmente servita
dalla rete: 64,3 ha
Grado di
impermeabilizzazione
attuale: 32%
Portata di massa simulata
Portata di massa sperimentale 150
Idrogramma sperimentale
120
0 50 100 150 200 250
Tempo [min]
MODELLO CONCETTUALE GLOBALE BASATO SULLA TEORIA DELL’INVASO LINEARE
90
60
30
0
Q [l/s]

Modellazione della dinamica degli inquinanti
Ietogrammi sperimentali nel periodo 1/08/2006 - 31/07/2007 registrati al pluviografo di
Cascina Cascina Scala Scala (Pavia Pavia), ), posizionato a metà del percorso della Vernavola. Vernavola
Dinamica degli inquinanti inquinanti (SST) per ogni sistema bacino bacino-rete rete
fognaria pertinente ciascuno scarico
MODELLO CONCETTUALE
GLOBALE BASATO SULLA
TEORIA DELL’INVASO LINEARE
Q m [kg/min]
60
50
40
30
20
10
0
Massa inviata a trattamento
Pollutogramma bacino proprio S12 [kg/min]
Somma dei pollutogrammi da bacini di monte [kg/min]
Calibrazione e validazione dai dati
acquisiti nei bacini di Cascina Scala
e del Bivio Vela.
Pollutogramma totale in ingresso alla stazione S12 [kg/min]
Portata di massa inviata a trattamento [kg/min]
0 60 120 180 240
Tempo [min]

Masse di SST annue scaricate nella roggia Vernavola Vernavola [kg]
50000
40000
30000
20000
10000
0
R. R. LAGH. LAGH.
S5S6 S5S6
S6AS7 S6AS7
S9A44S9 S9A44S9
Bilanci annui
Masse di SST scaricate nella roggia Vernavola [kg]
BORD BORD
S1060 S1060
STO STO SP SP
S11S1269S13 S11S1269S13
Mtot=184 tot=184.553
553 kg
S13a S13a
S13b S13b
S1451S15S1 S1451S15S1
S2-S3 S2-S3
762
62
Spelta Spelta
70 70
8% della massa annua veicolata nel sistema fognario
36% della massa transitante in tempo di pioggia
La massa inquinante annua scaricata nella Vernavola equivale allo sversamento diretto di
acque reflue da parte di un centro abitato di 5.000 AE AE..
In tempo di pioggia (circa 553 ore nell’anno in esame) la massa inquinante scaricata nella
roggia è equivalente a quella di uno scarico di acque reflue di circa 68.000 AE.
Durante l’ l’evento evento meteorico che ha provocato il valore più elevato di massa inquinante
scaricata nella roggia (evento del 25 Agosto 2006), l’impatto è equivalente a quello
prodotto da circa 420.000 AE AE (questo valore è riferito a 6 ore ore: : la durata dello scarico).

Distribuzione del carico inquinante tra gli eventi esaminati
M ev/M TOT [%]
8
6
4
2
0
M ev/M TOT [%]
Aug
10
8
6
4
2
0
Sept
Oct
Nov
Dec
Jan
Febr
March
April
May
1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51
Numero eventi
June
July
100
80
60
40
20
0

C [mg/l]
Altezza
[mm]
Modellazione di qualità fluviale
INPUT: Pollutogrammi riversati nella Vernavola Vernavola da ogni punto di scarico durante un evento meteorico
Durata
[h]
Concentrazioni di SST nella roggia Vernavola
Evento del 25/08/2006 Evento del 13/09/2006
TSA
[giorni]
I max 1’
[mm/min]
I max 15’
[mm/min]
13.6 6.7 8.7 1.17 0.62
2000
1600
1200
800
400
0
INFOWORKS RS (RIVER SIMULATION) DELLA WALLINGFORD SOFTWARE
0 1 2 3 4 5 6
Tempo [h]
Pollutogramma sez. 1
Pollutogramma sez. 65
Pollutogramma sez. 87
Ietogramma
0
0,6
1,2
1,8
2,4
3
i [mm/min]
C [mg/l]
500
400
300
200
100
Altezza
[mm]
0
Durata
[h]
TSA
[giorni]
I max 1’
[mm/min]
I max 15’
[mm/min]
103.6 25.6 15.3 1.46 0.52
0 5 10 15 20 25 30
Tempo [h]
Pollutogramma sez. 1
Pollutogramma sez. 65
Pollutogramma sez. 87
Ietogramma
0
0,6
1,2
1,8
2,4
3
i [mm/min]

CONCLUSIONI
GRANDE VULNERABILIT
VULNERABILITÀ À DI PICCOLI CORSI D’ACQUA IN AREE
DENSAMENTE URBANIZZATE
• Le campagne sperimentali mostrano che durante gli eventi meteorici la qualità del
ricettore subisce un significativo peggioramento rispetto al tempo asciutto. asciutto Le
concentrazioni di COD, COD BOD BOD55 e EE..coli coli assumono valori molto elevati a causa dello
scarico del materiale organico presente nei sedimenti fognari fognari.
• Le simulazioni degli eventi meteorici per un periodo di 1 anno mostrano che il carico
annuo di SST SST scaricato nella Vernavola Vernavola è equivalente a 184.553 184 553 kg kg. Questo valore
rappresenta l’8% l’ della massa annua che transita nel sistema fognario e il 36% 36 di
quella veicolata in tempo di pioggia pioggia.
• La modellazione fluviale mostra portate al colmo (frequentemente decuplicate) e
concentrazioni degli inquinanti molto significative e gravose per questo corso
d’acqua superficiale
superficiale.
superficiale
superficiale.
INADEGUATEZZA DEL CONTROLLO IDRAULICO E AMBIENTALE
OPERATO MEDIANTE SOLI SCARICATORI DI PIENA
PRIORITÀ CONOSCITIVE PER LA DEFINIZIONE DELLE STRATEGIE
DI MITIGAZIONE DELL’IMPATTO
• Stima dell’efficienza specifica di scaricatori di piena e connesse stazioni di
sollevamento (in termini di ripartizione sia della portata meteorica sia della massa
inquinante in arrivo tra frazione derivata al trattamento e quella scaricata nella
roggia) roggia).
• Classifica di criticità d’impatto degli scarichi scarichi.
• Simulazione di possibili strategie di controllo e di scenari gestionali gestionali.

Grazie per
l’attenzione!