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L’invarianza idraulica, cos’è e come si realizza

Cambiamenti climatici, aumento degli eventi estremi, cementifi-cazione stanno rendendo sempre più necessari interventi di conte-nimento degli scarichi nei corpi idrici ricettori

ASPETTI GENERALI

Da qualche anno ormai sono entrate in vigore, nelle diverse regioni italiane, specifiche normative per ottemperare al principio dell’invarianza idraulica-idrologica.

Cerchiamo di capire cos’è l’invarianza idraulica-idrologica.

Quando piove su una superficie naturale una parte dell’acqua caduta viene assorbita, una parte viene accumulata nei piccoli invasi superficiali, una parte evapora e la parte eccedente tende a ruscellare verso i vicini corsi d’acqua o verso le limitrofe reti di drenaggio.

In tale configurazione una quota importante s’infiltra nel terreno e solo una parte ruscella a valle e viene convogliata nei corpi idrici ricettori.

Vediamo ora cosa succede se la superficie naturale viene urbanizzata e se, in tutto o in parte, il terreno viene impermeabilizzato.

Riducendo la superficie permeabile si riduce la quantità d’acqua che viene assorbita dal terreno, si riducono i volumi di invaso e si riduce il tempo di corrivazione, ovvero il tempo che impiega l’acqua a ruscellare verso il recapito finale.

Tutto questo genera un aumento importante delle portate defluenti ed un anticipo del picco di piena (Fig. n. 1).

Fig. n. 1

Come conseguenza le opere di drenaggio esistenti, ovvero i corpi idrici ricettori, potrebbero non essere più in grado di far defluire correttamente la portata.

Al fine di ridurre tali effetti è stato introdotto, dai vari enti normatori, il vincolo dell’invarianza idraulica e/o idrologica.

Con il termine d’invarianza idraulica s’intende il mantenimento, da parte dalle nuove aree urbanizzate, delle portate massime scaricate nei corpi idrici ricettori rispetto a quelle preesistenti all’urbanizzazione.

Con il termine d’invarianza idrologica s’intende il fatto che non solo le portate, ma anche i volumi di deflusso meteorico non debbano essere maggiori di quelli preesistenti.

In linea del tutto generale la verifica d’invarianza idraulica prevede che la nuova portata generata dalla modifica urbanistica sia minore o uguale a quella preesistente o inferiore ai valori massimi ammessi da norma o accettati dall’ente gestore il corpo idrico ricettore.

Al fine di mantenere l’invarianza, gli interventi possibili, eventualmente anche abbinabili, sono i seguenti:

• realizzazione di opere di stoccaggio delle acque meteoriche per successivo riuso; in questo caso si ha un beneficio anche per il sistema acquedottistico;
• realizzazione di opere o aree di infiltrazione (trincee di infiltrazione, bacini d’infiltrazione, caditoie filtranti, ecc.) che vadano a compensare l’impermeabilizzazione realizzata con gli interventi urbanistici;
• realizzazione di invasi naturali o artificiali che vadano a laminare la portata e che siano dotati di sistemi di controllo della portata scaricata;
• realizzazione di pavimentazioni permeabili (Fig. n. 2);
• altre opere meno frequenti (tetti verdi, ecc.).

 

Fig. n. 2

Nel caso dell’infiltrazione si fa leva sul meccanismo della compensazione della riduzione del potere d’infiltrazione del terreno, dovuto alle nuove superfici impermeabili, con nuove aree e strutture a forte potere di infiltrazione.
Nel secondo caso si fa leva sul meccanismo della laminazione, che tende ad immagazzinare il volume d’acqua piovuta, con un rilascio controllato e differito della portata (Fig. n. 3).

 
Fig. n. 3

Un’ulteriore problematica generata dall’impermeabilizzazione del territorio, è quella dell’impoverimento della falda con conseguenti ricadute sull’approvvigionamento idrico ed insufficienza dei sistemi acquedottistici, sempre più evidenti.
Sono di seguito analizzati, in sintesi, alcuni regolamenti regionali.

Regolamento Regione Lombardia

Il Regolamento suddivide gli interventi ed il territorio in classi ed ambiti in modo da avere verifiche più semplificate per gli interventi meno significativi e situati in ambiti territoriali a più bassa criticità, e verifiche più articolate per gli interventi di maggiore entità ed in aree a più alta criticità. Nello specifico sono previsti 4 livelli di verifiche e prescrizioni.

Per gli interventi meno estesi (superficie ≤ 300 m²) è in alternativa possibile:

• convogliare le acque meteoriche direttamente sul suolo o negli strati superficiali del sottosuolo senza vincoli di portata scaricata o direttamente in laghi o nei fiumi Po, Ticino, Adda, Brembo, Serio, Oglio, Chiese e Mincio, anche in questo caso senza vincoli di portata;
• ottemperare al rispetto di requisiti minimi.

Il rispetto dei requisiti minimi prevede la realizzazione di uno o più invasi di laminazione, sia naturali sia artificiali, con dimensioni minime definite dal Regolamento in funzione della criticità dell’area, che consentano di scaricare portate massime non superiori a specifici valori, in funzione della classe di criticità dell’area, o sulla base di specifiche richieste dell’ente gestore il corpo idrico ricettore. L’invaso dovrà essere svuotato nelle 48 ore successive, per tenere conto di possibili eventi meteorici ravvicinati.

I requisiti minimi possono essere applicati sempre e comunque per gli interventi ricadenti in ambiti territoriali a bassa criticità (C) o per interventi di superficie inferiore a 1.000 m² e con coefficiente di deflusso medio ponderale minore o uguale a 0,4.

Per interventi fino a 1 ettaro e per interventi da 1 a 10 ettari e con coefficiente di deflusso medio ponderale minore o uguale a 0,4, si può applicare il metodo delle sole piogge.

Il metodo delle sole piogge prevede di dimensionare l’accumulo mediante un calcolo idrologico semplificato, che a partire dalla curva di possibilità pluviometrica della zona, attraverso formule indicate dal Regolamento, definisce la durata critica dell’invaso di laminazione e il volume dello stesso.

In ogni caso il volume dovrà essere superiore a quello calcolato per i requisiti minimi e dovranno essere rispettate le stesse portate massime richieste per i requisiti dei minimi.

L’invaso dovrà essere svuotato nelle 48 ore successive.

Si adottano le formule sotto riportate dove: φ il coefficiente di afflusso, a ed n sono i parametri della curva di possibilità pluviometrica, u_lim è la portata specifica limite scaricabile, D_w è la durata critica dell’invaso:

In tutti gli altri casi (ma si può utilizzare anche per i casi precedenti) si procede con il metodo dettagliato, che consente di stimare il volume d’invaso a partire dal calcolo idrologico delle portate in ingresso all’invaso e, attraverso l’equazione di continuità dello stesso, ricavare il volume minimo necessario a drenare l’area garantendo una portata in uscita non superiore a quella prescritta.

Si riporta a seguito l’equazione di continuità dell’invaso dove: Q_e è la portata entrante, Q_u quella uscente, W è il volume d’invaso e t il tempo.

Per la costruzione dell’idrogramma di piena si parte dalle curve di possibilità pluviometrica e, applicando uno dei metodi di trasformazione afflussi-deflussi, riconosciuti validi in letteratura tecnica, si ricava la curva delle portate defluenti.

A titolo indicativo Regione Lombardia cita l’utilizzo:

• dello ietogramma Chicago per modellare la distribuzione delle piogge;
• del metodo del coefficiente di afflusso o del modello di Horton per la depurazione delle piogge;
• del metodo di corrivazione per la trasformazione afflussi-deflussi.

In ogni caso, come per il metodo delle sole piogge, il volume dovrà essere superiore a quello calcolato per i requisiti minimi e l’invaso dovrà essere svuotato nelle 48 ore successive.

Regolamento Regione Emilia Romagna

Anche Regione Emilia Romagna gradua le verifiche in funzione dell’importanza dell’intervento suddividendole tra:

• trascurabile impermeabilizzazione potenziale (estensione inferiore a 0,1 ha);
• modesta impermeabilizzazione potenziale (superfici comprese fra 0,1 e 1 ha);
• significativa impermeabilizzazione potenziale (superfici comprese fra 1 e 10 ha oppure interventi su superfici di estensione oltre 10 ha e con superficie impermeabile maggiore del 30%);
• marcata impermeabilizzazione potenziale (superfici superiori a 10 ha e con superficie impermeabile maggiore del 30%).

Nel primo caso deve essere verificato il volume minimo d’invaso attraverso la formula che segue, derivata dal modello dell’invaso lineare, dove: w° è il volume specifico dei piccoli invasi prima dell’intervento, φ e φ° sono i coefficienti d’afflusso prima e dopo l’intervento, n è il parametro della curva di possibilità pluviometrica, I e P sono rispettivamente la percentuale di area impermeabile e permeabile dopo l’intervento.

Nel caso d’impermeabilizzazione modesta si devono verificare ulteriormente la dimensione massima della luce di scarico (tubo di diametro non superiore a 200 mm) ed i tiranti idrici ammessi nell’invaso che non devono eccedere il metro.

Nel caso di significativa impermeabilizzazione, si consiglia di dimensionare le luci di scarico ed i tiranti idrici ammessi nell’invaso in modo da garantire la conservazione della portata massima defluente dall’area in trasformazione ai valori precedenti l’impermeabilizzazione, almeno per una durata di pioggia di 2 ore e un tempo di ritorno di 30 anni.
In questo caso deve essere condotta un’analisi idrologica.

Nell’ultimo caso è prevista la presentazione di uno studio di maggiore dettaglio i cui contenuti sono individuati specificatamente nella norma.