IA INGEGNERIA AMBIENTALE - Harpo spa
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ISSN: 0394 - 5871<br />
ANNO XXXVIII N. 3 MARZO 2009 POSTE ITAL<strong>IA</strong>NE S.P.A. – Sped.ne abbon. postale – D.L. 353/2003 (conv. in L. 27/02/2004 n. 46) art. 1, comma 1, DCB Milano<br />
<strong>IA</strong> INGEGNER<strong>IA</strong><br />
<strong>AMBIENTALE</strong>
<strong>IA</strong><br />
in copertina<br />
COPERTURE A VERDE E AMBIENTE URBANO SOSTENIBILE<br />
L.G. Lanza<br />
In copertina:<br />
COPERTURA A VERDE PENSILE<br />
DELLA SEDE DEL COMUNE DI<br />
GENOVA, PALAZZO ALBINI (1963)<br />
Il Municipio della città di Genova ha<br />
sede sin dal 1848 nel prestigioso palazzo<br />
Doria-Tursi (1565), l’edificio più<br />
maestoso della via Garibaldi, già in<br />
origine concepito con due ampi giardini<br />
pensili posti sui corpi laterali. Tra il<br />
1950 ed il 1963, al fine di ampliare gli<br />
<strong>spa</strong>zi del Municipio, l’architetto<br />
Franco Albini ha progettato il nuovo<br />
palazzo degli uffici comunali, realizzato<br />
alle <strong>spa</strong>lle di palazzo Tursi fino a<br />
raggiungere la spianata di Castelletto,<br />
le cui coperture gradonate racchiudono<br />
giardini pensili di particolare efficacia<br />
architettonica e paesaggistica.<br />
Il Prof. Luca G. Lanza è docente di<br />
Costruzioni Idrauliche e Idrologia presso<br />
la Facoltà di Ingegneria dell’Università<br />
degli Studi di Genova. È autore o co-autore<br />
di circa 230 pubblicazioni tra articoli su<br />
libri, riviste internazionali, nazionali e<br />
comunicazioni a convegni. I relativi temi<br />
di ricerca coprono diversi settori delle<br />
costruzioni idrauliche, tra cui l’idrologia<br />
di bacino, la previsione e mitigazione dei<br />
fenomeni idrologici estremi, l’idrologia<br />
urbana e la gestione e controllo delle<br />
acque meteoriche, il monitoraggio ambientale<br />
e la gestione delle risorse idriche.<br />
Una moderna ed attenta politica di gestione<br />
delle acque meteoriche in ambiente urbano<br />
non può prescindere dalla ricerca di soluzioni<br />
“sostenibili” che consentano di ripristinare,<br />
per quanto possibile, il naturale sistema<br />
di drenaggio nelle aree urbanizzate. Ciò si<br />
ottiene, in particolare, individuando sistemi<br />
“locali” che controllino la generazione dei<br />
deflussi superficiali prima del loro ingresso<br />
nel reticolo di drenaggio naturale (corsi<br />
d’acqua) ed artificiale (fognature) e prevedendo<br />
interventi “globali” (a scala di sottobacino<br />
e a scala regionale) per ottenere, a<br />
lungo termine, il ripristino della originale<br />
capacità d’infiltrazione dei suoli.<br />
La diffusione delle superfici impermeabili in<br />
ambiente urbano, la fruizione esasperata di<br />
ogni <strong>spa</strong>zio libero del territorio, le esigenze<br />
di percorribilità, sicurezza e manutenzione<br />
delle infrastrutture di trasporto, infatti, sono<br />
tutti elementi che riducono il naturale processo<br />
idrologico dell’infiltrazione dell’acqua<br />
nel suolo, fino ad inibirlo in alcuni casi,<br />
determinando una rapida trasformazione<br />
delle acque di precipitazione meteorica in<br />
deflussi superficiali, il cui smaltimento viene<br />
posto totalmente a carico delle infrastrutture<br />
idrauliche per il drenaggio urbano. L’incremento<br />
delle superfici impermeabili si traduce<br />
pertanto in un aumento delle portate al<br />
colmo di piena e dei volumi defluiti in rete,<br />
in conseguenza del quale, oltre ai ben noti<br />
problemi di fallanza delle reti di drenaggio<br />
urbano e di allagamento nelle aree urbanizzate,<br />
si osservano problemi di erosione e di<br />
inquinamento dei corpi idrici ricettori dovuti<br />
al dilavamento operato dalle acque di origine<br />
meteorica, nonché una riduzione nell’efficienza<br />
degli impianti di depurazione<br />
delle acque reflue urbane (e/o un aumento<br />
dei relativi costi di gestione) nel caso di reti<br />
di drenaggio di tipo unitario.<br />
L’infiltrazione rappresenta soltanto l’elemento<br />
preponderante – tra i diversi processi<br />
* Prof. Luca G. Lanza; Università degli Studi di<br />
Genova, Dipartimento di Ingegneria delle<br />
Costruzioni, dell’Ambiente e del Territorio<br />
(DICAT) – Via Montallegro, 1 – 16145,<br />
Genova – Tel. 010.3532301/2123, Fax<br />
010.3532481, e-mail: luca.lanza@unige.it.<br />
che contribuiscono alle dinamiche del ciclo<br />
idrologico naturale – ad essere inibito totalmente<br />
o parzialmente nelle condizioni<br />
ambientali tipiche degli insediamenti antropici.<br />
Altri processi importanti che risultano<br />
limitati in tali condizioni sono ovviamente<br />
costituiti dall’intercettazione, evaporazione,<br />
evapo-traspirazione, ed alimentazione del<br />
deflusso sub-superficiale e profondo. Operare<br />
con attenta consapevolezza tecnica e<br />
scientifica in un’ottica di sviluppo ambientalmente<br />
sostenibile nel settore della gestione<br />
e del controllo delle acque meteoriche<br />
nelle aree urbanizzate significa senz’altro<br />
incentivare, pianificare, e realizzare soluzioni<br />
ingegneristiche che abbiano l’obiettivo di<br />
ripristinare i processi del ciclo idrologico<br />
naturale nell’ambiente urbano (“hydrologic<br />
restoration”).<br />
In generale, gli interventi strutturali e non<br />
strutturali indirizzati ad un parziale ripristino<br />
della condizione di drenaggio “naturale”,<br />
citati nella letteratura inglese con l’acronimo<br />
SUDS (Sustainable Urban Drainage Systems)<br />
e nella letteratura americana, con sottili differenze,<br />
“Low Impact Development” (LID),<br />
richiedono grandi aree disponibili per la realizzazione<br />
di strutture di infiltrazione ed<br />
immagazzinamento (trincee di infiltrazione,<br />
pozzi drenanti, vasche volano, elementi di<br />
disconnessione), oppure prevedono l’utilizzo<br />
di pavimentazioni permeabili, strisce filtro<br />
inerbite, cunette inerbite, tetti verdi, ecc. Tra<br />
queste tuttavia la tecnica del verde pensile,<br />
sfruttando gli ampi <strong>spa</strong>zi disponibili sulle<br />
coperture a tetto (altrimenti inutilizzate), può<br />
essere applicata anche in ambienti urbani densamente<br />
edificati, ed è di particolare interesse<br />
ambientale per l’insieme dei benefici (non<br />
limitatamente idraulici ma termodinamici,<br />
acustici, ecc.) che comporta alla scala del singolo<br />
edificio e del comprensorio urbano circostante.<br />
Il verde pensile (detto anche in alcune sue<br />
versioni tetto verde, oppure copertura continua<br />
a verde, copertura a verde, o copertura<br />
vegetata) può essere definito come un<br />
sistema tecnologico utilizzato quale soluzione<br />
costruttiva per la copertura anche<br />
parziale di un generico manufatto edilizio<br />
con lo scopo di garantire le condizioni di<br />
72
<strong>IA</strong><br />
in copertina<br />
vita nel tempo di uno strato di vegetazione<br />
programmato (Lanza et al., 2009). Tale<br />
sistema tecnologico, installato su coperture<br />
continue di forma e inclinazione variabili, è<br />
generalmente costituito dalla sovrapposizione<br />
di diverse stratificazioni, costituite da<br />
precisi elementi tecnici. Nella terminologia<br />
anglosassone la definizione corrisponde,<br />
talvolta anche solo parzialmente, ai cosiddetti<br />
“green roofs” (tetti verdi), “living<br />
roofs” (tetti vivi), “vegetated roofs” (tetti<br />
vegetati) oppure “eco-roofs” (tetti ecologici).<br />
Il tetto verde si differenzia invece<br />
sostanzialmente dal cosiddetto giardino<br />
pensile (indicato come “roof garden” nella<br />
terminologia anglosassone), normalmente<br />
realizzato mediante la disposizione di vasi<br />
o contenitori indipendenti per la vegetazione<br />
(a fini principalmente ornamentali)<br />
posati su di una copertura tradizionale, una<br />
terrazza, o direttamente su di un suolo di<br />
riporto racchiuso entro strutture di contenimento<br />
verticali (muri di contenimento).<br />
Il verde pensile, ed in generale la diffusione<br />
di aree verdi in area urbana, si inserisce a<br />
pieno titolo tra gli strumenti di mitigazione e<br />
compensazione ambientale. In particolare,<br />
permette di contenere l’aumento delle temperature,<br />
attraverso l’evapotraspirazione e<br />
l’assorbimento della radiazione solare incidente,<br />
di abbattere considerevolmente il<br />
ricircolo delle polveri inquinanti mediante la<br />
capacità di assorbimento e trattenuta delle<br />
stesse, di ridurre e controllare gli afflussi ai<br />
sistemi di drenaggio mediante la ritenzione e<br />
la detenzione delle acque meteoriche, di<br />
mitigare l’inquinamento acustico con la<br />
riduzione della riflessione del suono all’esterno<br />
e della diffusione all’interno, ed infine<br />
di preservare la biodiversità grazie alla<br />
creazione di nuovi ambienti di vita per animali<br />
e piante.<br />
Oltre al suo intrinseco valore ecologico, il<br />
verde pensile presenta numerosi vantaggi<br />
rispetto alle coperture tradizionali, dal punto<br />
di vista sia economico sia costruttivo. Il<br />
verde pensile incrementa la vita tecnica<br />
media degli strati di impermeabilizzazione e<br />
di coibentazione proteggendoli da azioni<br />
meccaniche e limitando gli sbalzi termici,<br />
possiede capacità termoisolanti che consentono<br />
di ridurre i consumi ed i costi sugli<br />
impianti di riscaldamento e condizionamento,<br />
amplia in modo consistente le possibilità<br />
di progettazione e crea superfici fruibili che<br />
aumentano il valore dell’immobile.<br />
Il diffondersi anche in Italia di installazioni a<br />
verde pensile, grazie soprattutto alle iniziative<br />
di normazione (Codice di Pratica UNI<br />
11235 “Istruzioni per la progettazione e la<br />
manutenzione di coperture a verde”) ed<br />
incentivazione che si moltiplicano alla scala<br />
delle amministrazioni locali, è un segnale<br />
positivo della tendenza sempre più marcata<br />
ad utilizzare soluzioni tecniche non tradizionali<br />
per la gestione delle acque meteoriche in<br />
ambiente urbano basate sul concetto di drenaggio<br />
urbano sostenibile. In particolare, le<br />
tecniche di controllo della formazione dei<br />
deflussi superficiali si stanno sostituendo<br />
alle soluzioni di semplice raccolta e convogliamento<br />
delle acque meteoriche dalle<br />
superfici impermeabili. Tali iniziative tecnico-progettuali<br />
vanno nella direzione di un<br />
ripristino delle diverse componenti del ciclo<br />
idrologico naturale anche negli ambienti a<br />
rilevante pressione antropica (grandi città,<br />
insediamenti industriali e commerciali, nodi<br />
infrastrutturali, ecc.).<br />
La moderna pratica del verde pensile si è sviluppata<br />
prevalentemente nei paesi nordici<br />
dove le condizioni climatiche, ed in particolar<br />
modo il regime delle piogge nel corso<br />
dell’anno, sono particolarmente favorevoli<br />
allo sviluppo della vegetazione, tuttavia<br />
l’impiego e l’utilizzo di tale tecnologia seppur<br />
specificatamente adattata al diverso contesto<br />
geo-climatico è potenzialmente trasferibile<br />
a tutti i paesi della regione Mediterranea.<br />
Il trasferimento delle conoscenze ed in<br />
generale delle esperienze sviluppate in altri<br />
contesti climatici ed urbanistici è il primo<br />
passo necessario per caratterizzare le prestazioni<br />
idrauliche quali-quantitative delle<br />
installazioni a verde pensile nella regione<br />
Mediterranea, dove i problemi dell’urbanizzazione<br />
si intrecciano con la varietà delle<br />
manifestazioni climatiche, l’intensità dei<br />
fenomeni naturali e la configurazione orografica<br />
tormentata del territorio.<br />
A questo tema è stata dedicata la prima edizione<br />
del convegno “Il Verde Pensile nel<br />
Clima Mediterraneo” (http://www.dicat.<br />
unige.it/verdepensile), organizzato a Genova<br />
nel Maggio 2007 dal Comune e dall’Università<br />
di Genova, in collaborazione con<br />
l’Associazione Italiana Verde Pensile. La<br />
seconda edizione del convegno è prevista<br />
per l’inizio del mese di Marzo 2009 a<br />
Genova. Le attività congressuali si inquadrano<br />
nell’ambito di un più ampio spettro di<br />
iniziative che comprende una sistematica e<br />
diffusa azione di sensibilizzazione e promo-<br />
73
<strong>IA</strong><br />
in copertina<br />
SUL PROSSIMO NUMERO<br />
La Redazione si riserva, per motivi editoriali o<br />
per cause successivamente intervenute, di<br />
poter modificare il contenuto editoriale del<br />
prossimo numero nonchè l’ordine degli articoli<br />
rispetto a quelli qui riportati.<br />
Gli articoli annunciati, che non dovessero<br />
essere eventualmente inclusi, troveranno<br />
posto in uno dei prossimi numeri della rivista.<br />
articoli<br />
Determinazione dei valori di concentrazione<br />
per l’analisi di rischio in condizioni stazionarie,<br />
A. Timidei, V. Riganti<br />
Individuazione degli agglomerati ai sensi<br />
della Direttiva 91/271/cee per il trattamento<br />
delle acque reflue urbane: proposta metodologica<br />
ed applicazione al territorio della<br />
regione Veneto, P. Parati, M. Carcereri,<br />
M. Ostoich, A. Penzo<br />
Sistema a biomassa granulare integrato con<br />
ozono per il trattamento esaustivo dei reflui<br />
biorefrattari (Progetto Eu Life Perbiof), C.<br />
Di Iaconi, L. Cavone, A. Mancini, A.<br />
Molinari, R. Ramadori<br />
L’esperienza maturata in Sicilia nel campo<br />
della dissalazione, G. Curto, L. Rizzuti,<br />
E. Napoli<br />
rubriche<br />
zione dell’uso dei tetti verdi e delle installazioni<br />
a verde pensile per una maggiore<br />
sostenibilità dell’ambiente urbano, ed in<br />
particolare per un più attento e “naturale”<br />
sviluppo del territorio.<br />
L’attività di sensibilizzazione non può prescindere<br />
tuttavia dalla conoscenza diretta<br />
degli effetti benefici associati alle sistemazioni<br />
a verde pensile già esistenti o in fase di<br />
realizzazione nel contesto urbano e suburbano.<br />
Anche a tale scopo, il Dipartimento di<br />
Ingegneria delle Costruzioni, dell’Ambiente<br />
e del Territorio (DICAT) dell’Università di<br />
Genova, in collaborazione con l’Associazione<br />
Italiana Verde Pensile (AIVEP) e con il<br />
Comune di Genova, ha realizzato un<br />
impianto pilota per il monitoraggio dei<br />
benefici ottenibili in termini di quantità e<br />
qualità delle acque, in corrispondenza di una<br />
porzione di tetto verde della Facoltà di Ingegneria<br />
dell’Università di Genova. I primi<br />
risultati quantitativi ottenuti confermano la<br />
possibilità di impiegare i sistemi a verde<br />
pensile quale efficace strumento per la regimazione<br />
delle acque meteoriche in clima<br />
mediterraneo.<br />
L’impianto dimostrativo vuole costituire il<br />
primo elemento di una “rete” di siti di osservazione,<br />
realizzati con il contributo di finanziamenti<br />
pubblici e privati sull’intero comprensorio<br />
urbano della città di Genova. La<br />
rete di osservazione consentirà, nel brevemedio<br />
termine, di disporre di una rigorosa<br />
base dati differenziata per tipologia di sistemazione,<br />
superfici interessate, contesto<br />
urbano di dettaglio in grado di supportare le<br />
politiche di promozione ed eventuale incentivazione<br />
dell’uso del verde pensile, nonché<br />
le possibili ripercussioni di carattere urbanistico<br />
sugli strumenti della pianificazione<br />
urbana e del territorio (PTCP, PUC, Piani di<br />
Bacino, Piano di Tutela delle Acque, ecc.).<br />
La città diventa così laboratorio, dove ricerca,<br />
progetto e realizzazione si integrano per<br />
consentire i necessari elementi di approfondimento<br />
ed interpretazione dei numerosi<br />
benefici ambientali delle coperture a verde<br />
pensile in ambiente urbano.<br />
BIBLIOGRAF<strong>IA</strong><br />
Lanza, L.G., Palla, A. e Petulicchio, M.<br />
(2009). Costruire il Verde Pensile: Guida<br />
alla progettazione e realizzazione delle<br />
coperture vegetate. Flaccovio Editore, in<br />
stampa.<br />
ON NEXT ISSUE<br />
Owing to editing purposes or other reasons<br />
happened afterwards, the Editing reserves, to<br />
modify the editing text of the following issue as<br />
the order of the articles here written. Should<br />
the announced articles not to be included,<br />
they will be edited in following issues.<br />
papers<br />
Determination of the concentration values<br />
for the analysis risk in stationary conditions,<br />
A. Timidei, V. Riganti<br />
Identification of urban agglomerations<br />
according to directive 91/271/ec on urban<br />
wastewaters treatment: methodological proposal<br />
and application to the territory of<br />
Veneto region, P. Parati, M. Carcereri,<br />
M. Ostoich, A. Penzo<br />
Aerobic granular biomass based system<br />
integrated with ozonation for efficiently<br />
treating wastewater containing refractory<br />
compounds (Eu Project Life Perbiof), C. Di<br />
Iaconi, L. Cavone, A. Mancini, A. Molinari,<br />
R. Ramadori<br />
The experience in Sicily on desalination<br />
field, G. Curto, L. Rizzuti, E. Napoli<br />
surveys<br />
74
<strong>IA</strong><br />
regimazione idrica con verde pensile<br />
IL VERDE PENSILE: REGIMAZIONE E DEPURAZIONE DELLE ACQUE<br />
METEORICHE<br />
I. Gnecco, A. Palla, L.G. Lanza *<br />
Sommario – L’installazione di coperture a verde pensile in un<br />
bacino urbano influisce sulla relativa regimazione idrica ripristinando<br />
almeno in parte il ciclo naturale dell’acqua attraverso<br />
i processi di percolazione, infiltrazione, evaporazione dal<br />
suolo ed evapotraspirazione dalla vegetazione. Operando in<br />
tal senso si determina un controllo degli scorrimenti superficiali<br />
con conseguente riduzione delle portate al colmo, dilatazione<br />
dei tempi di concentrazione del bacino ed abbattimento<br />
del carico inquinante trasportato. La riduzione delle portate<br />
al colmo e la dilatazione dei tempi di concentrazione, ottenuti<br />
mediante la detenzione e la ritenzione dei volumi operata<br />
nei substrati costituenti la copertura, sono funzione delle<br />
caratteristiche costruttive della copertura continua a verde<br />
(composizione degli strati, inclinazione del tetto, orientamento<br />
della copertura, ecc.), delle condizioni meteo-climatiche e delle<br />
specie vegetali utilizzate. L’abbattimento del carico inquinante,<br />
ottenuto grazie all’instaurarsi di processi di filtrazione<br />
attraverso il substrato, è funzione delle stesse variabili e della<br />
deposizione atmosferica, le cui caratteristiche di inquinamento<br />
sono a loro volta determinate dalle emissioni gassose civili<br />
ed industriali, dal traffico veicolare e dal trasporto operato<br />
dagli agenti atmosferici. L’installazione di coperture a verde<br />
in ambiente densamente edificato consente di controllare efficacemente<br />
la generazione dei deflussi superficiali, sfruttando<br />
gli ampi <strong>spa</strong>zi disponibili sulle coperture degli edifici (altrimenti<br />
inutilizzate) riducendo significativamente i volumi complessivi<br />
scaricati (40% ÷ 80%) e l’altezza dei picchi<br />
dell’idrogramma (70% ÷ 90%), e rallentandone il conferimento<br />
alla rete di drenaggio urbano. Il potenziale beneficio<br />
delle coperture a verde nel mitigare l’impatto dell’ambiente<br />
urbano sulla qualità delle acque di scorrimento superficiale, e<br />
dunque la pressione ambientale sugli ecosistemi e sui corpi<br />
idrici ricettori in particolare, appare anch’esso elevato sulla<br />
base delle limitate evidenze sperimentali disponibili.<br />
GREEN ROOFS: A STORM WATER CONTROL AND<br />
TREATMENT SOLUTION<br />
Summary – The installation of green roofs in a urban catchment<br />
contributes to the management of storm water by<br />
restoring – at least partially – the components of the natural<br />
water cycle including percolation, infiltration, evaporation<br />
(from the soil surface) and evapo-transpiration (from the<br />
vegetation). This allows controlling the surface runoff component<br />
with a reduction of peak flows, increase of the time of<br />
concentration of the contributing catchment and limitation of<br />
the related pollution loads. The reduction of peak flows and<br />
the increase of the time of concentration, obtained thanks to<br />
water volumes detention and retention operated in the<br />
various stratifications of the green roof, is a function of the<br />
building characteristics (composition of each layer, roof<br />
slope, orientation, etc.), the meteo-climatic conditions and the<br />
vegetation species. The abatement of the pollution loads, due<br />
* Ing. Ilaria Gnecco, ing. Anna Palla, prof. Luca G. Lanza; Università<br />
degli Studi di Genova, Dipartimento di Ingegneria delle<br />
Costruzioni, dell’Ambiente e del Territorio (DICAT) – Via Montallegro,<br />
1 – 16145 Genova – Tel. 010.3532301/2123, Fax<br />
010.3532481, e-mail: ilaria.gnecco@unige.it, anna.palla@dicat.<br />
unige.it, luca.lanza@unige.it.<br />
<strong>IA</strong> Ingegneria Ambientale vol. XXXVIII n. 3 marzo 2009<br />
to the filtration process through the substrates, is a function<br />
of the same variables and the atmospheric deposition, whose<br />
pollution characteristics are in turn determined by the emissions<br />
of residential and industrial gases, vehicular traffic and<br />
the atmospheric transport according to the weather conditions.<br />
The installation of green roofs in a densely urbanised<br />
environment allows to control the generation of surface<br />
runoff by exploiting the wide <strong>spa</strong>ces available on the roofs of<br />
the buildings (otherwise unexploited) and significantly reducing<br />
the overall discharged volumes (40% to 80%) and the<br />
magnitude of the hydrograph peaks (70% to 90%), as well as<br />
delaying the delivery to the urban drainage network. The<br />
potential benefits of green roofs in mitigating the impact of<br />
the urban environment on the quality of surface runoff<br />
water, and therefore the environmental pressure on the ecosystems<br />
and the receiving water bodies in particular, appear<br />
to be relevant as well, even based on the still limited experimental<br />
evidences available.<br />
Parole chiave: drenaggio urbano sostenibile, acque meteoriche, verde pensile,<br />
acque di prima pioggia.<br />
Keywords: sustainable urban drainage, storm water, green roofs, first flush<br />
flows.<br />
1. INTRODUZIONE<br />
L’analisi dei trasferimenti di energia e di massa alla scala del<br />
bacino urbano consente di individuare un sistema di interventi<br />
“locali” (concentrati e/o distribuiti) e “globali” (non strutturali)<br />
finalizzati al ripristino del naturale ciclo idrologico attraverso<br />
i processi di percolazione, infiltrazione, evaporazione<br />
dalle superfici urbane ed evapotraspirazione dalla vegetazione.<br />
Le soluzioni “naturalistiche” distribuite (pavimentazioni<br />
permeabili, cunette drenanti, aree verdi, verde pensile, bacini<br />
e trincee per l’infiltrazione, ecc.) operano il controllo della<br />
formazione dei deflussi superficiali mediante i processi di<br />
ritenzione (immagazzinamento temporaneo delle acque<br />
meteoriche e dispersione in atmosfera e/o nel suolo) e detenzione<br />
(immagazzinamento temporaneo e lento rilascio nel<br />
reticolo di drenaggio naturale e/o artificiale) ed abbattono il<br />
carico inquinante associato alle acque meteoriche attraverso i<br />
processi di filtrazione su matrici porose ed attraverso l’attività<br />
dei microrganismi presenti nel suolo e nella vegetazione.<br />
In termini di generazione dello scorrimento superficiale, il contributo<br />
del verde pensile rispetto a quello di una copertura tradizionale<br />
impermeabile consiste nella riduzione del volume complessivo<br />
scaricato, nella riduzione dell’altezza di picco dell’idrogramma<br />
di piena, nella dilatazione dei tempi di concentrazione<br />
del bacino e nell’abbattimento del carico inquinante associato<br />
alle acque meteoriche di dilavamento. La riduzione dell’altezza<br />
del picco dell’idrogramma fornisce una misura immediata<br />
dei benefici derivanti dall’introduzione diffusa di coperture<br />
a verde in un bacino urbano. L’abbattimento del picco si traduce<br />
per i sistemi di drenaggio artificiali in un aumento del franco<br />
di sicurezza per le condotte in esercizio e nel caso di reti di<br />
79
<strong>IA</strong><br />
regimazione idrica con verde pensile<br />
nuova realizzazione nella riduzione delle dimensioni di progetto<br />
con conseguente abbattimento dei costi di realizzazione e di<br />
posa (Carter e Rasmussen, 2006). La capacità di regimazione<br />
idrica di un tetto verde è funzione non solo delle caratteristiche<br />
costruttive (composizione dello strato drenante, inclinazione del<br />
tetto, ecc.) e del tipo di vegetazione, ma anche delle condizioni<br />
geo-climatiche (ietogramma di pioggia, evapotraspirazione<br />
potenziale, contenuto di umidità del suolo, ecc.) e della diffusione<br />
delle coperture a verde pensile sul bacino.<br />
Le installazioni a verde pensile influiscono inoltre significativamente<br />
sul controllo della qualità delle acque meteoriche di<br />
dilavamento delle superfici a tetto nelle aree urbane. L’effetto<br />
di mitigazione è associato da una parte alla riduzione dei<br />
volumi defluiti in rete e dall’altra alla filtrazione delle acque<br />
di scorrimento superficiale.<br />
Il primo di tali aspetti ha un impatto sicuramente favorevole in<br />
quanto opera una limitazione nella produzione del deflusso<br />
superficiale proprio nella fase iniziale degli eventi meteorici, la<br />
quale viene generalmente riconosciuta come vettore del maggior<br />
carico inquinante (concentrazioni più elevate) dovuto al<br />
processo di dilavamento delle cosiddette acque di prima pioggia,<br />
o “first flush” nella letteratura anglosassone (Gnecco e<br />
Lanza, 2008). Il carico inquinante è in tal caso significativamente<br />
ridotto in conseguenza del fatto che non si produce alcun<br />
deflusso idrico allo scarico in corrispondenza delle fasi più rilevanti<br />
– da questo punto di vista – dell’evento meteorico.<br />
Il secondo aspetto si riferisce invece al processo di filtrazione<br />
subito dalle acque meteoriche in eccesso rispetto ai volumi<br />
ritenuti dalla copertura a verde, i quali attraversano i diversi<br />
elementi tecnici che costituiscono la struttura del verde pensile<br />
(strato colturale, filtrante, drenante e di protezione meccanica)<br />
prima di raggiungere i pluviali e successivamente la rete<br />
di drenaggio. In tal caso gli effetti della filtrazione delle acque<br />
meteoriche attraverso la copertura sono variabili nel tempo in<br />
funzione dell’età della copertura stessa, e sono ovviamente<br />
funzione delle tipologie costruttive adottate e dei diversi<br />
materiali utilizzati.<br />
2. LA REGIMAZIONE DELLE ACQUE ME-<br />
TEORICHE<br />
La grandezza generalmente utilizzata per quantificare le prestazioni<br />
idraulico-idrologiche del verde pensile in relazione al<br />
controllo della generazione dei deflussi superficiali è la ritenzione<br />
del volume delle acque meteoriche, calcolata come differenza<br />
percentuale relativa tra il volume di pioggia ed il<br />
volume defluito dalla copertura vegetata. In Figura 1 sono<br />
rappresentate le percentuali di ritenzione calcolate a scala<br />
annuale sulla base di dati sperimentali raccolti su siti dalle<br />
diverse caratteristiche costruttive e geoclimatiche.<br />
Dai dati di letteratura sintetizzati in Figura 1 si evince come un<br />
sistema a verde pensile sia in grado di ridurre significativamente<br />
la generazione di deflussi superficiali, con una percentuale<br />
di ritenzione dei volumi dell’ordine del 40% ÷ 80% del<br />
volume totale della precipitazione. In termini generali la lettura<br />
dei dati, ancorché provenienti da siti sperimentali eterogenei<br />
per collocazione geografica e per sistemi realizzativi impiegati,<br />
conduce a risultati analoghi e tra loro confrontabili.<br />
Al fine di individuare macroclassificazioni efficaci che consentano<br />
di evidenziare alcuni fattori chiave per la caratterizzazione<br />
della risposta di un sistema a verde è necessario tuttavia<br />
suddividere e valutare le esperienze e le relative risultanze<br />
sperimentali con riferimento alle diverse scale <strong>spa</strong>ziali e<br />
temporali di evoluzione dei fenomeni osservati. Alle scale<br />
temporali brevi, tipicamente alla scala d’evento, i fattori che<br />
giocano un ruolo prioritario nella generazione dei deflussi<br />
sono il contenuto di umidità del suolo e l’altezza di pioggia<br />
mentre sulle lunghe durate, scale stagionali o annuali, un<br />
ruolo cruciale è assunto dall’evapotraspirazione e dalle caratteristiche<br />
costruttive del sistema. Nel caso delle lunghe durate<br />
l’evapotraspirazione è sicuramente il processo cruciale per<br />
la riduzione dei deflussi superficiali. La nuova frontiera delle<br />
tecniche per il drenaggio urbano sostenibile prevede la valorizzazione<br />
degli interventi che amplificano il contributo dell’evapotraspirazione<br />
in rapporto a quello dell’infiltrazione.<br />
Fig. 1 – Esperienze di letteratura sulla riduzione dei deflussi a scala annuale<br />
80
<strong>IA</strong><br />
regimazione idrica con verde pensile<br />
Alla scala stagionale, il consumo per il fabbisogno idrico della<br />
vegetazione è pertanto un processo chiave del bilancio idrologico<br />
di un sistema a verde pensile.<br />
Sulle brevi durate le grandezze che vengono prese in considerazione<br />
per interpretare nel suo complesso il comportamento<br />
di un tetto verde sono la ritenzione del volume complessivo di<br />
acqua meteorica immesso in rete, l’abbattimento dell’altezza<br />
del picco dell’idrogramma ed il ritardo dell’arrivo del picco<br />
stesso alla confluenza nella rete; mentre nel caso di valutazioni<br />
su lunghe durate, l’unica grandezza generalmente analizzata<br />
è la ritenzione del volume complessivo.<br />
In generale, uno dei fattori che maggiormente influenza la<br />
capacità d’immagazzinamento idrico (ritenzione del volume<br />
complessivo) è lo spessore della stratigrafia del tetto ed in particolare<br />
del substrato drenante e si osserva, come illustrato in<br />
Figura 2, che la percentuale di volume ritenuto cresce con<br />
continuità al crescere dello spessore del substrato.<br />
Un altro fattore costruttivo che influenza la capacità di immagazzinamento<br />
è l’inclinazione del tetto; a parità di spessore del<br />
substrato, di intensità di pioggia e nelle stesse condizioni di<br />
umidità del suolo, all’aumentare dell’inclinazione del tetto si ha<br />
una riduzione della capacità di ritenzione (Villareal et al.,<br />
2004), tuttavia per elevate intensità di pioggia, l’influenza della<br />
pendenza della copertura diventa trascurabile (cfr. Figura 3).<br />
L’influenza della vegetazione viene generalmente investigata<br />
alla scala del “plot” (una porzione limitata e a se stante di<br />
copertura) realizzando supporti composti da una porzione<br />
vegetata, una porzione priva di vegetazione ed una in materiale<br />
impermeabile (lamiera, cemento, tegole, ecc). In generale le<br />
due porzioni permeabili ritengono volumi maggiori rispetto al<br />
Fig. 2 – Influenza dello spessore del substrato nella riduzione del volume complessivo alla scala d’evento ed alla scala stagionale<br />
Fig. 3 – Influenza dell’inclinazione della copertura sulla riduzione del volume defluito in differenti condizioni di pioggia e di spessore del<br />
substrato<br />
81
<strong>IA</strong><br />
regimazione idrica con verde pensile<br />
settore impermeabile di controllo; mentre nel confronto tra<br />
porzioni permeabili, con e senza vegetazione, non si registrano<br />
volumi di ritenzione significativamente diversi tra loro (cfr.<br />
Figura 4). Quando la vegetazione diventa più rigogliosa (con il<br />
passare del tempo dopo la semina od il trapianto) la risposta in<br />
termini di volumi ritenuti su scale temporali lunghe potrebbe<br />
migliorare, in quanto l’evapotraspirazione a parità di condizioni<br />
climatiche cresce con l’indice fogliare (superficie di lembo<br />
fogliare per m 2 ). A scala d’evento, non essendo i volumi evapotraspirati<br />
confrontabili con i volumi di pioggia, non emergono<br />
sostanziali differenze tra il comportamento della soluzione<br />
vegetata e quello della soluzione con la medesima stratigrafia<br />
ma non piantumata (Van Woert et al., 2005).<br />
A scala d’evento, quando il funzionamento del sistema può<br />
essere verosimilmente schematizzato con un modello concettuale<br />
a serbatoio (Palla e Lanza, 2009), il fattore che maggiormente<br />
influenza la risposta del sistema è l’altezza totale di<br />
pioggia. Il serbatoio inizia a svuotarsi quando le condizioni di<br />
umidità del suolo hanno raggiunto la capacità di campo ed<br />
immagazzina acqua fino a che il suolo non ha raggiunto la<br />
condizione di completa saturazione. Eventi di altezza inferiore<br />
alla capacità di campo vengono completamente ritenuti dal<br />
sistema, mentre per eventi di altezza superiore si ha una ritenzione<br />
che descresce al crescere dell’intensità di pioggia (Prowell,<br />
2006). Come illustrato in Figura 5 la capacità di ritenzione<br />
raggiunge il 100% per eventi di bassissima intensità e si<br />
riduce al crescere dell’intensità di pioggia.<br />
Va ricordato, inoltre, che la capacità del verde pensile di<br />
immagazzinare temporaneamente volumi di acqua meteorica<br />
è funzione anche del contenuto di umidità del suolo a sua<br />
Fig. 4 – Influenza della vegetazione nella riduzione del volume defluito<br />
Fig. 5 – Influenza dell’altezza di pioggia sulla riduzione del volume defluito<br />
82
<strong>IA</strong><br />
regimazione idrica con verde pensile<br />
volta funzione del tempo di interarrivo (o tempo secco) tra<br />
due eventi meteorici successivi; se tali intervalli sono abbastanza<br />
lunghi, il contenuto di umidità del suolo può raggiungere<br />
per mezzo dell’evapotraspirazione e del consumo idrico<br />
operato dagli apparati radicali le condizioni di umidità residua.<br />
Per contenuti di umidità del suolo inferiori alla capacità<br />
di campo non si ha scorrimento superficiale, mentre il massimo<br />
contenuto d’acqua che può essere teoricamente immagazzinato<br />
in un suolo è calcolabile come la differenza tra il volume<br />
occupato dall’acqua quando il suolo si trova a completa<br />
saturazione ed il volume occupato dall’acqua quando il suolo<br />
si trova nelle condizioni del punto di essiccamento. In campo<br />
il massimo volume immagazzinato è rappresentato dalla differenza<br />
dei volumi occupati dall’acqua nelle condizioni di<br />
completa saturazione e di umidità residua. Per alti valori del<br />
contenuto di umidità del suolo oltre l’umidità residua, la capacità<br />
di immagazzinamento del sistema si riduce notevolmente<br />
(Moran et al., 2005).<br />
La percentuale di ritenzione è sicuramente la grandezza più<br />
ampliamente analizzata, tuttavia è possibile delineare analoghe<br />
considerazioni anche per le altre grandezze tradizionalmente<br />
utilizzate per caratterizzare la risposta di un sistema a<br />
verde quali la percentuale di abbattimento dell’altezza del<br />
picco ed il ritardo dell’arrivo dell’idrogramma. L’altezza del<br />
picco dell’idrogramma di risposta di un sistema a verde pensile<br />
è sempre inferiore a quella di un tetto impermeabile equivalente<br />
in superficie e pendenze, e le percentuali di riduzione<br />
dell’altezza del picco registrate in letteratura variano tra il<br />
57% ed il 90%. (Centgraf et al., 2005; Hutchinson et al.,<br />
2003; Tillinger et al., 2006; Moran et al., 2005).<br />
Fig. 6 – Influenza del contenuto di umidità del suolo sulla riduzione del volume defluito<br />
Fig. 7 – Influenza del contenuto di umidità del suolo sulla riduzione dell’altezza del picco dell’idrogramma<br />
83
<strong>IA</strong><br />
regimazione idrica con verde pensile<br />
La riduzione dell’altezza del picco dell’idrogramma è funzione<br />
delle caratteristiche costruttive della copertura (stratigrafia,<br />
spessore del substrato, inclinazione del tetto, ecc.), del tipo di<br />
vegetazione, e delle condizioni geo-climatiche (altezza ed<br />
intensità di pioggia, evapotraspirazione potenziale, ecc.).<br />
La pendenza della copertura riduce notevolmente la capacità del<br />
sistema di abbattere il picco dell’idrogramma, per pendenze<br />
superiori al 2% la percentuale di abbattimento scende sotto al<br />
50% (VanWoert et al., 2005), mentre su tetti piani si raggiungono<br />
percentuali di abbattimento del picco del 90% (Moran et al.,<br />
2005). Come illustrato in Figura 7, la riduzione del picco nel<br />
caso di coperture piane è influenzata principalmente dalle condizioni<br />
di umidità del suolo al momento dell’inizio dell’evento<br />
meteorico (Moran et al., 2005; Getter et al., 2006).<br />
Contrariamente a quanto rilevato per la percentuale di ritenzione,<br />
la presenza di vegetazione contribuisce a ridurre l’altezza<br />
dell’idrogramma di risposta (Prowell, 2006; Van Woert<br />
et al., 2005).<br />
La risposta di un tetto verde ad un evento meteorico subisce<br />
infine un ritardo rispetto alla risposta delle coperture impermeabili,<br />
a causa del tempo impiegato dall’acqua per muoversi<br />
verticalmente ed orizzontalmente nello strato drenante (Bengtsson<br />
et al., 2005). Come per la ritenzione dei volumi e la riduzione<br />
dell’altezza del picco dell’idrogramma, il ritardo nel conferimento<br />
dell’idrogramma alla rete di drenaggio è funzione di<br />
molteplici fattori, tuttavia le maggiori differenze che si registrano<br />
nei ritardi sono imputabili al contenuto di umidità del<br />
suolo ed alla pendenza della copertura, ovvero ai fattori che<br />
intervengono direttamente sulla velocità di propagazione all’interno<br />
dei substrati; all’aumentare del contenuto di umidità del<br />
suolo si riducono le resistenze all’interno dei meati ed al crescere<br />
della pendenza della copertura, il contributo al moto della<br />
forza gravitazionale diviene maggiore (Bengtsson et al., 2005).<br />
3. LE ACQUE DI DILAVAMENTO DELLE<br />
SUPERFICI A TETTO<br />
Nel corso degli anni novanta è stato dimostrato che il dilavamento<br />
delle superfici a tetto rappresenta una significativa<br />
fonte di alterazione della qualità delle acque meteoriche in<br />
ambiente urbano (Chang e Crowley, 1993; Förster, 1996). La<br />
causa principale è imputabile ai materiali di copertura quali<br />
lamiere zincate e fogli di rame che sono stati comunemente<br />
utilizzati in diversi paesi europei, sia come materiale di copertura<br />
sia per la realizzazione di pluviali. Qualsiasi metallo<br />
esposto agli agenti atmosferici è soggetto a un processo di<br />
corrosione: la composizione e la natura dei prodotti di corrosione<br />
che si formano sugli strati superficiali dipendono principalmente<br />
dalle condizioni ambientali in termini di umidità,<br />
temperatura, depositi atmosferici in tempo secco e nel corso<br />
delle precipitazioni di inquinanti in fase gassosa o adsorbiti al<br />
particolato, quali biossido di zolfo (SO 2 ), ossidi di azoto<br />
(NO x ), ozono (O 3 ), acido cloridrico (HCl), cloruro di sodio<br />
(NaCl) e solfato d’ammonio (NH 4 ) 2 SO 4 (He et al., 2001).<br />
Le prime indagini condotte in Germania sulla qualità delle<br />
acque dilavanti le superfici a tetto (Förster, 1996) hanno<br />
riscontato la presenza di significative concentrazioni di Cu e<br />
Zn evidenziando inoltre un marcato effetto di “first flush” (la<br />
maggior parte del carico inquinante viene dilavato dal primo<br />
volume di acqua di scolo defluita).<br />
Per comprendere l’entità del carico inquinante associato alle<br />
acque di dilavamento delle superfici a tetto, nel corso del<br />
2002 è stato attrezzato un bacino sperimentale presso la<br />
Facoltà di Ingegneria di Genova che ha previsto l’attivazione<br />
di due stazioni di misura per monitorare separatamente le<br />
acque meteoriche dilavanti rispettivamente il manto stradale e<br />
le superfici a tetto (Gnecco et al., 2005). I risultati della campagna<br />
di misura sono riassunti in Tabella 1: è interessante<br />
osservare che nonostante le superfici a tetto presentino un<br />
carico di solidi sospesi circa un ordine di grandezza inferiore<br />
a quello osservato nelle acque dilavanti la superficie asfaltata,<br />
il carico di metalli pesanti (analizzato esclusivamente in termini<br />
di frazione disciolta) in particolare rame e soprattutto<br />
zinco, risulta significativamente superiore nel caso delle<br />
superfici a tetto. Considerando che la copertura del tetto<br />
oggetto di monitoraggio è in lastre d’ardesia e le grondaie<br />
sono in lamiera di zinco, tali valori di concentrazione sono<br />
correlabili al dilavamento dei prodotti di corrosione delle<br />
grondaie ad opera delle acque pluviali.<br />
Il comprensorio urbano “Le Marais” di Parigi, oggetto di<br />
diverse indagini per la determinazione del carico inquinante<br />
Tab. 1 – Valori (massimi, minimi, medie e mediane) della concentrazione media d’evento per le acque di dilavamento di origine meteorica<br />
dilavanti il manto stradale e la superficie a tetto presso il sito urbano-residenziale di Villa Cambiaso (Genova). Il pedice “d”<br />
indica la frazione disciolta dei metalli<br />
Parametri<br />
Superficie Stradale<br />
Area residenziale Villa Cambiaso (Genova)<br />
Superficie a tetto<br />
min max media mediana min max media mediana<br />
SST [mg/l] 15 377 140 119 n.d. 42 19 18<br />
COD [mg/l] 11 281 129 121 n.a. n.a. n.a. n.a.<br />
Cu d [μg/l] 0.1 53.3 19.4 1.1 0.6 18.3 10 10.6<br />
Pb d [μg/l] 6.1 23.3 13.2 12.6 2.4 7.3 5.1 5.3<br />
Zn d [μg/l] 27.7 123.4 81.1 84.2 212.1 758.8 446.7 408<br />
n.d. = inferiore al limite di rilevabilità strumentale.<br />
n.a. = parametro non monitorato.<br />
84
<strong>IA</strong><br />
regimazione idrica con verde pensile<br />
di origine atmosferica, è stato strumentato per la caratterizzazione<br />
delle acque meteoriche dilavanti differenti tipologie di<br />
superficie (Gromaire-Mertz et al., 1998): quattro tipologie di<br />
superfici a tetto, tre strade urbane caratterizzate da differente<br />
traffico veicolare e condizioni del manto stradale e tre cortili.<br />
Confrontando i risultati della campagna di misura condotta tra<br />
Luglio 1996 e Maggio 1997, illustrati in Tabella 2, si evince<br />
come il carico di metalli pesanti associato alle acque meteoriche<br />
di dilavamento delle superfici a tetto superi di 4-6 volte<br />
quello associato al dilavamento di superfici stradali e cortili.<br />
Le superfici a tetto sono state inoltre caratterizzate in funzione<br />
del materiale utilizzato per la copertura e per i pluviali al<br />
fine di dimostrare l’influenza delle superfici metalliche nell’alterazione<br />
della qualità delle acque meteoriche di dilavamento.<br />
Particolarmente significativi sono i valori di concentrazione<br />
di Zn e Cd per i tetti caratterizzati da copertura in<br />
lamiera di zinco e, in minor misura, per i tetti con tegole, mentre<br />
per i tetti in ardesia sono state riscontrate elevate concentrazioni<br />
di piombo; tali valori sono in accordo con gli studi<br />
condotti da Förster (1996).<br />
Per quanto concerne i metalli pesanti, tale indagine è stata<br />
condotta sia relativamente alla frazione disciolta che alla frazione<br />
adsorbita alla superficie dei solidi sospesi; è stato pertanto<br />
possibile mettere in evidenza che il carico di metalli<br />
pesanti dilavato dalle superfici a tetto, in particolare Cu, Cd e<br />
soprattutto Zn, presenta una significativa predominanza della<br />
frazione disciolta a differenza di quanto osservato per le altre<br />
tipologie di superficie (cfr. Tabella 3). L’eccezione è costituita<br />
dal piombo per il quale la frazione aggregata è sempre<br />
dominante, tale risultato è generalmente confermato dai risultati<br />
riportati in letteratura.<br />
Recentemente, accanto alla determinazione del carico di<br />
metalli pesanti associati alle acque di dilavamento di origine<br />
meteorica, le indagini hanno riguardato la valutazione della<br />
biodisponibilità e pertanto del grado di tossicità determinato<br />
dalle specie metalliche dominanti. Una corretta valutazione<br />
dell’impatto degli scarichi di origine meteorica su corpi idrici<br />
ricettori ovvero sul suolo, deve necessariamente esaminare<br />
infatti non solo la concentrazione totale dei metalli (frazione<br />
disciolta e frazione aggregata alle particelle solide) ma individuare<br />
le forme (ioniche e/o complesse) in cui si presentano i<br />
metalli (Gnecco et al., 2008).<br />
Da un’indagine (Karlen et al., 2002) condotta per caratterizzare<br />
la qualità delle acque dilavanti superfici a tetto in rame<br />
Tab. 2 – Valori (massimi, minimi e mediani) della concentrazione media d’evento per le acque di dilavamento di origine meteorica dilavanti<br />
differenti tipologie di superficie nel comprensorio urbano di “Le Marais”, Parigi<br />
Tipologia di superficie<br />
Parametri<br />
Tetti Giardini Strade<br />
min max mediana min max mediana min max mediana<br />
SS [mg/l] 3 304 29 22 490 74 49 498 92.5<br />
COD [mg/l] 5 318 31 34 580 95 48 964 131<br />
BOD 5 [mg/l] 1 27 4 9 143 17 15 141 36<br />
HC [μg/l] 37 823 108 125 216 161 115 4032 508<br />
Cd [μg/l] 0.1 32 1.3 0.2 1.3 0.8 0.3 1.8 0.6<br />
Cu [μg/l] 3 247 37 13 50 23 27 191 61<br />
Pb [μg/l] 16 2764 493 49 225 107 71 523 133<br />
Zn [μg/l] 802 38061 3422 57 1359 563 246 3839 550<br />
Tab. 3 – Valori (massimi, minimi e mediani) della percentuale di inquinante adsorbita sulla superficie dei solidi sospesi per le acque di<br />
dilavamento di origine meteorica dilavanti differenti tipologie di superficie nel comprensorio urbano di “Le Marais”, Parigi<br />
Tipologia di superficie<br />
Parametri<br />
Tetti Giardini Strade<br />
min max mediana min Max mediana min max mediana<br />
% COD 17 91 64 24 78 55 45 94 66<br />
% BOD 5 3 81 49 41 89 71 41 86 69<br />
% HC 57 97 85 62 96 87 70 99 87<br />
% Cd 3 90 28 33 100 94 51 97 80<br />
% Cu 1 99 58 30 87 71 47 1 93 1 72 1<br />
% Pb 26 99 87 74 99 95 83 100 97<br />
% Zn 0 73 9 10 96 72 44 1 96 1 75 1<br />
85
<strong>IA</strong><br />
regimazione idrica con verde pensile<br />
(naturally patinated) presso la città di Stoccolma (Svezia) è<br />
emerso che la concentrazione di rame varia in un intervallo<br />
compreso tra 0.9 e 9.7 mg/l. Il risultato più rilevante tuttavia<br />
riguarda la specie chimica dominante osservata per tale metallo:<br />
la forma ionica, Cu(H 2 O) 6+ che costituisce la specie maggiormente<br />
biodisponibile del rame, rappresenta tra il 60 e il<br />
100% del rame totale. Risultati analoghi (Heijerick et al.,<br />
2002) sono stai osservati per quanto concerne lo zinco: la<br />
forma ionica si rivela la specie fortemente dominante, costituendo<br />
tra il 94.3 e 99.9% della concentrazione totale dello<br />
zinco.<br />
Nonostante le specie chimiche osservate per i metalli pesanti<br />
associati alle acque meteoriche dilavanti le superfici a tetto,<br />
presentino concentrazioni differenti in funzione delle diverse<br />
tipologie di copertura nonché delle specifiche caratteristiche<br />
del bacino oggetto d’indagine, si osserva generalmente una<br />
marcata rilevanza delle specie maggiormente biodisponibili e<br />
pertanto si evince la tossicità di questa tipologia di scarichi di<br />
origine meteorica.<br />
4. IL VERDE PENSILE E LA QUALITÀ<br />
DELLE ACQUE DI DILAVAMENTO<br />
Gli effetti benefici connessi all’utilizzo di coperture a verde in<br />
ambiente urbano sono molteplici e comprendono la riduzione<br />
sia del volume di acqua di scolo, sia del carico inquinante ad<br />
esse correlato. Tuttavia per quanto concerne la qualità delle<br />
acque defluenti dalle coperture a verde, le indagini sono ad<br />
oggi molto scarse e i risultati sperimentali, caratterizzati da<br />
una ridotta numerosità dei dati di qualità, sono spesso eterogenei<br />
e fortemente dipendenti dalle specifiche condizioni del<br />
sistema nonché dalle condizioni locali.<br />
Potenzialmente la copertura a verde può dimostrarsi anche un<br />
efficace sistema di riduzione del carico inquinante associato<br />
alle deposizioni atmosferiche sia nei periodi di tempo secco<br />
che nel corso delle precipitazioni in quanto può favorire processi<br />
di filtrazione e adsorbimento degli inquinanti. Al tempo<br />
stesso tuttavia il suolo, la copertura vegetale e l’utilizzo di fertilizzanti<br />
possono contribuire all’immissione di sostanze<br />
inquinanti (principalmente nutrienti) nelle acque meteoriche<br />
defluite attraverso lo strato permeabile della copertura a<br />
verde.<br />
I fattori che contribuiscono all’efficacia della copertura a<br />
verde come sistema di trattamento per il carico inquinante<br />
associato alle acque meteoriche o più in generale all’abbattimento<br />
delle deposizioni atmosferiche sono molteplici: la tipologia<br />
di copertura (in termini di spessore e composizione dello<br />
strato di suolo, tipologia di vegetazione e di strato drenante),<br />
l’età della copertura e le relative attività di manutenzione.<br />
Accanto alle specifiche caratteristiche del tetto verde, la tipologia<br />
di ambiente urbano e le specifiche fonti locali di inquinamento<br />
contribuiscono significativamente ad evidenziarne o<br />
meno il contributo in termini di capacità di riduzione del carico<br />
inquinante di origine atmosferica.<br />
Le indagine condotte per valutare la qualità delle acque<br />
meteoriche di scorrimento sub-superficiale di una copertura a<br />
verde sono state effettuate sia nel caso di dispositivi sperimentali<br />
con dimensioni dell’ordine del metro quadrato (Emillson<br />
et al., 2007) che relativamente a coperture esistenti caratterizzate<br />
da differenti età della copertura (Moran et al., 2003;<br />
Berndtsson et al., 2006; ecc.). Per una corretta valutazione<br />
della copertura a verde in termini di “pozzo” ovvero “sorgente”<br />
di inquinanti associati alle acque dilavanti tali superfici, si<br />
rende necessario il contemporaneo monitoraggio delle deposizioni<br />
atmosferiche caratteristiche del sito in esame ed eventualmente<br />
il confronto con la qualità delle acque dilavanti<br />
superfici a tetto di tipo tradizionale. L’alterazione della qualità<br />
delle acque di origine meteorica è infatti imputabile non<br />
solo al carico inquinante proprio delle deposizioni atmosferiche<br />
ma anche agli effetti dovuti all’interazione fisico-chimica<br />
tra la precipitazione e la specifica superficie di raccolta.<br />
Nel caso di coperture a verde, alcune sostanze disciolte presenti<br />
nel substrato possono precipitare, legandosi alle particelle<br />
solide dello strato stesso per effetto dell’evapotraspirazione,<br />
tuttavia eventi di precipitazione successivi potrebbero<br />
determinare nuovamente un processo di dissoluzione delle<br />
sostanze precipitate ed un conseguente trasporto ad opera<br />
delle acque di scorrimento sub-superficiale. Modifiche dei<br />
parametri fisico-chimici, legati principalmente allo sviluppo<br />
nel tempo della vegetazione e all’interazione tra apparato<br />
radicale e strato drenante, utilizzo di fertilizzanti e composizione<br />
del suolo possono influenzare il processo di adsorbimento<br />
delle sostanze inquinanti (metalli e composti organici)<br />
favorendone eventualmente il rilascio (Hutchinson et al.,<br />
2003).<br />
Sebbene le indagini sperimentali condotte siano in grado di<br />
fornire solamente una valutazione preliminare delle prestazioni<br />
delle coperture a verde in termini di riduzione del carico<br />
inquinante associato alle acque meteoriche di dilavamento, i<br />
risultati sembrano evidenziare generalmente un effetto positivo<br />
relativamente alla qualità delle acque dilavanti tali coperture.<br />
In termini di parametri generali che indicano lo stato di qualità<br />
dell’acqua, i risultati sperimentali evidenziano innanzitutto<br />
un aumento dei valori del pH rispetto sia ai valori tipicamente<br />
acidi osservati per la precipitazione in ambiente urbano<br />
(Köhler e Schmidt, 2003) che per quanto concerne i valori<br />
misurati nelle acque meteoriche dilavanti una copertura di<br />
tipo tradizionale (Teemusk e Mander, 2007). Relativamente a<br />
parametri quali COD (richiesta chimica di ossigeno) e BOD 7<br />
(richiesta biologica di ossigeno), è stato osservato che, sebbene<br />
le superfici a tetto determinino generalmente un significativo<br />
aumento di tali parametri rispetto a quanto generalmente<br />
riscontrato nella sola precipitazione, tali effetti tendono ad<br />
essere meno rilevanti nel caso delle coperture a verde rispetto<br />
a quelle tradizionali (Teemusk e Mander, 2007).<br />
In relazione all’apporto di nutrienti (azoto, fosforo e potassio)<br />
nelle acque di scorrimento sub-superficiale delle coperture a<br />
verde, il processo di fertilizzazione sia in termini di tipologia<br />
di fertilizzante che di modalità di applicazione, riveste un<br />
ruolo determinante nell’alterazione della qualità delle acque.<br />
In generale i fertilizzanti possono determinare significative<br />
concentrazioni di azoto e fosforo nelle acque dilavanti coperture<br />
a verde (Moran et al., 2003). In particolare, il dilavamento<br />
delle specie azotate da una copertura a verde sulla quale<br />
sono stati applicati fertilizzanti tradizionali (a rapido rilascio)<br />
può essere imputabile sia al processo di saturazione della<br />
86
<strong>IA</strong><br />
regimazione idrica con verde pensile<br />
Fig. 8 – Percentuale di riduzione delle masse a scala annuale<br />
capacità di scambio ionico del substrato sia alla trasformazione<br />
tra le diverse specie azotate: la concentrazione di azoto<br />
ammoniacale (NH 4 -N) tende ad essere più elevata nella fase<br />
iniziale della vita tecnica del tetto verde a causa dei legami<br />
deboli che ne favoriscono l’adsorbimento nonché a causa del<br />
processo di trasformazione dell’azoto ammoniacale in nitrato<br />
(NO 3 -N). Fosfato e potassio presentano una maggiore tendenza<br />
all’adsorbimento rispetto alle specie azotate, il dilavamento<br />
di tali elementi è pertanto imputabile principalmente alla<br />
saturazione della capacità di scambio ionico del substrato.<br />
Tali fenomeni sono particolarmente evidenti nel caso di substrati<br />
sottili.<br />
I dati sperimentali raccolti nelle campagne di monitoraggio<br />
condotte a Malmö e Lund – Svezia (Berndtsson et al., 2006)<br />
relativamente a differenti tipologie di tetto verde evidenziano<br />
che tali coperture tendono a costituire una “sorgente” per<br />
potassio, fosforo totale e fosfato (PO 4 -P), al contrario si comportano<br />
come “pozzo” per quanto concerne l’azoto totale e<br />
l’azoto ammoniacale. Tali valutazioni risultano tuttavia estremamente<br />
variabili nel corso della vita tecnica della copertura,<br />
indagini sperimentali effettuate relativamente a installazioni<br />
di coperture a verde meno recenti sembrano evidenziare una<br />
diminuzione in termini di rilascio di nutrienti (Liptan e Strecker,<br />
2003; Berndtsson et al., 2006).<br />
L’alterazione della qualità delle acque di scorrimento subsuperficiale<br />
imputabile all’utilizzo dei fertilizzanti, che svolgono<br />
un’azione cruciale per lo sviluppo delle piante, può essere<br />
tuttavia sensibilmente ridotta attraverso l’utilizzo di fertilizzanti<br />
a rilascio controllato del tipo CRF (Controlled Release<br />
Fertiliser) ovvero una miscela di tali fertilizzanti con quelli<br />
tradizionali (Emillson et al., 2007).<br />
Per quanto concerne l’abbattimento del carico di metalli<br />
pesanti, le indagini sperimentali hanno mostrato risultati fortemente<br />
discordanti (cfr. Figura 8), evidenziando la necessità<br />
di ulteriori indagini che riguardino anche il carico inquinante<br />
in ingresso proveniente dalle deposizioni atmosferiche. Una<br />
ricerca condotta a Karlsruhe – Germania, su due tipologie di<br />
coperture a verde ha mostrato percentuali di rimozione di Cu,<br />
Zn, Cd, e Pb rispetto ai valori osservati nella precipitazione<br />
rispettivamente pari a 97%, 96%, 92% e 99% nella stagione<br />
estiva e del 34%, 72%, 62% e 91% nella stagione invernale<br />
(Steusloff, 1998). Le indagini condotte nel sud della Svezia<br />
relativamente a quattro differenti installazioni di copertura a<br />
verde hanno evidenziato che tali coperture tendono a comportarsi<br />
come sorgenti di metalli pesanti (Berndtsson et al.,<br />
2006); è tuttavia importante osservare che la presenza di pluviali<br />
in materiale metallico può aver influenzato significativamente<br />
tali risultati, come illustrato dai risultati sperimentali<br />
descritti nel paragrafo precedente.<br />
Infine risultano di notevole interesse i recenti studi condotti in<br />
Estonia che hanno mostrato l’influenza delle caratteristiche<br />
della precipitazione (in termini di intensità) nonché gli effetti<br />
dello scioglimento del manto nevoso sulla qualità delle acque<br />
dilavanti coperture a verde e coperture tradizionali (Teemusk<br />
e Mander, 2007). Si è osservato che quanto più è ridotta l’intensità<br />
dell’evento di precipitazione, e pertanto minore è la<br />
portata di scorrimento sub-superficiale, maggiori sono i valori<br />
di concentrazione di azoto totale, azoto ammoniacale e<br />
materiale organico (BOD 7 e COD) in uscita dalla copertura a<br />
verde. Tali concentrazioni aumentano ulteriormente nell’acqua<br />
proveniente dallo scioglimento del manto nevoso a causa<br />
dell’accumulo delle deposizioni atmosferiche nello strato di<br />
neve. Al tempo stesso, confrontando le concentrazioni di<br />
inquinanti osservate nelle acque di dilavamento di una copertura<br />
tradizionale rispetto ad una copertura a verde, si osserva<br />
che gli effetti di abbattimento del carico inquinante del tetto<br />
verde aumentano notevolmente nel caso di eventi di precipitazione<br />
di modesta intensità mentre nel caso di eventi di precipitazione<br />
intensi i benefici imputabili alla copertura a verde<br />
risultano meno evidenti: il substrato si comporta come un<br />
“dispositivo di accumulo” e parte del carico inquinante viene<br />
dilavato nel corso di eventi intensi.<br />
Contrariamente a quanto si potrebbe immaginare, anche per<br />
lo scorrimento superficiale da una copertura a verde si verifi-<br />
87
<strong>IA</strong><br />
regimazione idrica con verde pensile<br />
ca l’occorrenza del fenomeno del “first flush” per un consistente<br />
numero di inquinanti, nonostante il suolo e l’attività<br />
biologica legata alla vegetazione agiscano come fattori equilibranti<br />
per tutta la durata dell’evento meteorico. Come già<br />
richiamato nel paragrafo precedente, il first-flush è il fenomeno<br />
che si verifica ogni qualvolta la prima parte del volume<br />
delle acque di scolo trasporta la parte preponderante del carico<br />
inquinante dilavato durante l’intero evento di precipitazione.<br />
In un sistema a verde pensile il fenomeno del “first-flush”<br />
può essere legato alla presenza dello strato drenante nel quale<br />
le particelle rilasciate dal substrato vengono ritenute e successivamente<br />
dilavate nella prima parte dell’evento meteorico.<br />
5. CONCLUSIONI<br />
L’adozione di nuove forme d’uso del territorio è ormai priorità<br />
strategica di ogni sistema urbano, essendo evidenti, anche<br />
quando difficilmente misurabili, le criticità quotidiane (traffico,<br />
inquinamento atmosferico ed acustico, degrado delle periferie,<br />
vivibilità) e le ripercussioni negative (economiche,<br />
sociali ed ambientali). Si impongono quindi tecniche e metodi<br />
di costruzione ambientalmente sostenibili tra cui vanno<br />
annoverati i tetti verdi, costituiti da un sistema tecnologico di<br />
elementi che rende possibile la vita vegetale sulle coperture<br />
degli edifici.<br />
Il bacino del Mediterraneo, con la varietà delle sue manifestazioni<br />
climatiche, l’intensità dei fenomeni naturali e la configurazione<br />
orografica tormentata delle regioni che vi si affacciano,<br />
rappresenta uno scenario di grande interesse per qualsiasi<br />
intervento antropico sul territorio. La realizzazione di<br />
coperture continue a verde costituisce uno strumento di mitigazione<br />
dell’impatto paesaggistico e ambientale degli insediamenti<br />
antropici con significativi risultati in particolare<br />
nelle aree densamente urbanizzate.<br />
Il verde pensile viene generalmente descritto come un sistema<br />
per il drenaggio urbano sostenibile: la copertura vegetata<br />
opera infatti ripristinando almeno in parte i processi naturali<br />
del ciclo idrologico quali l’infiltrazione nel suolo, l’evapo-traspirazione<br />
attraverso la vegetazione e l’evaporazione<br />
dalle superfici esposte. Il controllo sulla generazione dei<br />
deflussi superficiali viene operato all’interno dei substrati<br />
costituenti la copertura attraverso la ritenzione (immagazzinamento<br />
e dispersione in atmosfera per mezzo dell’evapotraspirazione)<br />
e la detenzione (immagazzinamento e lento<br />
rilascio alla rete di drenaggio) della rispettiva quota parte<br />
delle acque meteoriche.<br />
L’analisi dei dati disponibili in letteratura conferma che l’installazione<br />
di coperture a verde in ambiente densamente edificato<br />
consente di controllare efficacemente la generazione<br />
dei deflussi superficiali, sfruttando gli ampi <strong>spa</strong>zi disponibili<br />
sulle coperture degli edifici (altrimenti inutilizzate) riducendo<br />
significativamente i volumi complessivi scaricati (40% ÷<br />
80%) e l’altezza dei picchi dell’idrogramma (70% ÷ 90%), e<br />
rallentandone il conferimento alla rete di drenaggio urbano.<br />
Il potenziale beneficio delle coperture a verde nel mitigare<br />
l’impatto dell’ambiente urbano sulla qualità delle acque di<br />
scorrimento superficiale, e dunque la pressione ambientale<br />
sugli ecosistemi e sui corpi idrici ricettori in particolare, appare<br />
anch’esso elevato sulla base delle limitate evidenze sperimentali<br />
disponibili. L’impiego di sistemi distribuiti per il trattamento<br />
dei deflussi superficiali posti a monte delle reti di<br />
drenaggio urbano – tra i quali è possibile annoverare il verde<br />
pensile – si è dimostrato infatti efficace nel ridurre il rischio<br />
di contaminazione dei corpi idrici ricettori, abbattendo il carico<br />
inquinante associato alle acque meteoriche, limitando l’impatto<br />
sui depuratori e riducendo il numero di sfiori (CSOs –<br />
Combined Sewer Overflows) nel caso di fognature unitarie.<br />
Al fine di contestualizzare e rendere evidenti i relativi benefici<br />
ambientali, attraverso una serie di iniziative congressuali e<br />
a carattere sperimentale/dimostrativo (Lanza, 2009), Genova<br />
e la Liguria si propongono come un laboratorio naturale per la<br />
diffusione del verde pensile nel clima Mediterraneo: un osservatorio<br />
privilegiato da cui raccogliere una rigorosa base dati<br />
differenziata per tipologia di sistemazione, superfici interessate<br />
e contesto urbano di dettaglio, per arricchire le scelte<br />
della pianificazione urbana e del territorio e delle amministrazioni<br />
pubbliche, particolarmente impegnate nella riqualificazione<br />
degli <strong>spa</strong>zi urbani e del territorio.<br />
Il patrimonio edilizio esistente è infatti la vera sfida del verde<br />
pensile: intervenire sull’ambiente costruito mediante la conversione<br />
a verde di coperture tradizionali è la strada per rendere<br />
effettivi piuttosto che teorici i benefici attesi sul territorio.<br />
Le sinergie con altre tipologie di verde urbano, quali ad<br />
es. il verde verticale (pareti verdi) e con gli interventi di deimpermeabilizzazione<br />
dei suoli, ovvero di controllo della formazione<br />
del deflussi superficiali, sono inoltre fondamentali<br />
per raggiungere l’obiettivo di restituire al verde un ruolo di<br />
carattere strutturale nel piano della città.<br />
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CURRICULA<br />
Ilaria Gnecco – È Ricercatore di Costruzioni Idrauliche e Idrologia<br />
presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi di<br />
Genova. È autrice o co-autrice di circa 40 pubblicazioni tra articoli<br />
su riviste nazionali e internazionali, e comunicazioni a convegni. I<br />
relativi temi di ricerca riguardano principalmente lo studio del processo<br />
di dilavamento degli inquinanti operato dalle acque meteoriche<br />
in ambiente urbanizzato, e le conseguenze sui metodi di trattamento.<br />
Anna Palla – Ha svolto il proprio Dottorato di Ricerca in Fluidodinamica<br />
e Processi dell’Ingegneria Ambientale presso il Dipartimento<br />
di Ingegneria delle Costruzioni, dell’Ambiente e del Territorio<br />
dell’Università degli Studi di Genova. Il settore di ricerca specifico<br />
è relativo agli aspetti idrologici delle coperture a verde pensile,<br />
con particolare riferimento alla quantificazione dei benefici ambientali,<br />
la riduzione del carico inquinante associato alle acque di dilavamento<br />
meteorico, e la prevenzione delle criticità idrauliche delle reti,<br />
secondo le tecniche e tecnologie di controllo della formazione dei<br />
deflussi superficiali (drenaggio urbano sostenibile).<br />
Luca G. Lanza – È docente di Costruzioni Idrauliche e Idrologia<br />
presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università degli studi di Genova.<br />
È autore o co-autore di circa 230 pubblicazioni tra articoli su libri,<br />
riviste internazionali, nazionali e comunicazioni a convegni. I relativi<br />
temi di ricerca coprono diversi settori delle costruzioni idrauliche,<br />
dell’idrologia di bacino, della previsione e mitigazione dei fenomeni<br />
idrologici estremi, dell’idrologia urbana e della gestione e controllo<br />
delle acque meteoriche, del monitoraggio ambientale e della gestione<br />
delle risorse idriche.<br />
89
<strong>IA</strong><br />
risposta idrologica del verde pensile<br />
L’IMPATTO DELLE COPERTURE A VERDE SUI SISTEMI DI DRENAGGIO<br />
URBANO<br />
A. Palla, L.G. Lanza *<br />
Sommario – Il lavoro ha l’obiettivo di fornire informazioni<br />
quantitative riguardo alle prestazioni ambientali delle<br />
coperture a verde pensile nel clima mediterraneo ed individuare<br />
parametri sintetici per la descrizione della relativa<br />
risposta idrologica. Lo studio si basa in particolare sui<br />
risultati ottenuti presso il sito pilota per il monitoraggio<br />
quali/quantitativo delle acque meteoriche realizzato nel<br />
mese di Maggio 2007, in collaborazione con il Comune di<br />
Genova e l’Associazione Italiana Verde Pensile, sulla copertura<br />
a verde del Laboratorio di Ingegneria Ambientale<br />
dell’Università di Genova. Per simulare la risposta idrologica<br />
della copertura a verde sono stati utilizzati due diversi<br />
approcci modellistici: il modello Hydrus-1D che risolve<br />
l’equazione di Richards nello schema uni-dimensionale ed<br />
un modello concettuale a limitato numero di parametri<br />
(serbatoio lineare). L’articolo illustra i risultati ottenuti<br />
dalla modellazione idrologica del sito sperimentale e l’elaborazione<br />
dei dati provenienti dalla campagna di monitoraggio.<br />
La modellazione idrologica dell’impatto di<br />
installazioni a verde pensile diffuse nel tessuto urbano è<br />
stata effettuata invece con riferimento al bacino urbano di<br />
Colle Ometti, nella città di Genova. La risposta idrologica<br />
del bacino è stata simulata in continuo per 18 anni di eventi<br />
meteorici (1990-2007), utilizzando il modello SWMM<br />
(Storm Water Management Model). Il modello ha consentito<br />
di valutare i benefici idrologici di tre ipotetici scenari<br />
di conversione a verde delle coperture esistenti (inverdimento<br />
del 10%, 20% e 100%). Le simulazioni effettuate<br />
confermano che la diffusione di coperture a verde consente<br />
di ridurre significativamente l’altezza del picco dell’idrogramma<br />
con conseguente riduzione della probabilità<br />
di fallanza di tratti della rete di drenaggio e/o di altri<br />
manufatti idraulici ad essa asserviti.<br />
THE IMPACT OF GREEN ROOFS ON URBAN<br />
DRAINAGE SYSTEMS<br />
* Ing. Anna Palla, prof. Luca G. Lanza; Università degli Studi di<br />
Genova, Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni, dell’Ambiente<br />
e del Territorio (DICAT) – Via Montallegro, 1 – 16145<br />
Genova – Tel. 010.3532301/2123, Fax 010.3532481, e-mail:<br />
anna.palla@dicat.unige.it, luca.lanza@unige.it.<br />
<strong>IA</strong> Ingegneria Ambientale vol. XXXVIII n. 3 marzo 2009<br />
Summary – The objective of this work is to provide<br />
detailed information about the environmental performances<br />
of green roofs in the Mediterranean climate and to<br />
identify suitable parameters for describing the associated<br />
hydrologic response. In particular, starting on May 2007,<br />
in collaboration with the Municipality of Genoa and the<br />
Italian Green Roof Association, a pilot site was installed<br />
for quality/quantity monitoring of storm water flow from<br />
the green roof of the Environmental Engineering<br />
Laboratory at the University of Genoa. Two distinct modelling<br />
approaches have been used to simulate the hydrologic<br />
response of the green roof: the Hydrus-1D model,<br />
which solves the Richards equation in the one-dimensional<br />
scheme and a conceptual model with a limited number<br />
of parameters (linear reservoir). This paper reports the<br />
initial results obtained from the application of such models<br />
to the experimental site and the analysis of data collected<br />
during the monitoring campaign. The urban catchment<br />
of Colle Ometti, in the town of Genoa, was selected<br />
for the hydrological modelling of diffused green roof<br />
installations. The hydrologic response of the catchment<br />
was continuously simulated for 18 years of rain events<br />
(1990-2007), using SWMM (the Storm Water Management<br />
Model). The objective is to quantify the hydrological benefits<br />
of three hypothetical traditional to green roof conversion<br />
scenarios for the existing buildings (10%, 20%<br />
and 100% green roof coverage). The simulation performed<br />
confirms that the spreading of green roofs allow reducing<br />
significantly the magnitude of the hydrograph peak with a<br />
consequent reduction of failure probabilities in pipes<br />
throughout the drainage network and/or other hydraulic<br />
structures involved.<br />
Parole chiave: sistemi di drenaggio urbano, acque meteoriche, verde pensile,<br />
modelli di infiltrazione.<br />
Keywords: urban drainage systems, storm water, green roofs, infiltration<br />
models.<br />
1. INTRODUZIONE<br />
In termini di generazione dello scorrimento superficiale nelle<br />
aree urbanizzate, il contributo del verde pensile rispetto ad<br />
una copertura tradizionale impermeabile consiste nella riduzione<br />
del volume complessivo, nella riduzione dell’altezza di<br />
picco dell’idrogramma e in un ritardo nel conferimento del<br />
picco stesso alla confluenza nella rete di drenaggio. Il controllo<br />
sulla generazione dei deflussi superficiali viene operato<br />
all’interno dei substrati costituenti la copertura attraverso la<br />
ritenzione (immagazzinamento e dispersione in atmosfera per<br />
mezzo dell’evapotraspirazione) e la detenzione (immagazzinamento<br />
e lento rilascio alla rete di drenaggio) di una parte del<br />
volume delle acque meteoriche.<br />
Il supporto per l’inverdimento è costituito infatti da un substrato<br />
drenante realizzato con geocompositi, con materiale<br />
sciolto o con pannelli preformati; viene quindi disposto uno<br />
strato filtrante ed un substrato colturale, comunemente chiamato<br />
suolo. La progettazione del substrato drenante, reale<br />
cuore del sistema, è la fase che determina la differenziazione<br />
della risposta del tetto verde in termini di gestione quantitativa<br />
e qualitativa delle acque meteoriche.<br />
Le caratteristiche specifiche dello strato drenante, rilevanti ai<br />
fini della regimazione idrica, sono la distribuzione della curva<br />
granulometrica per i materiali sciolti, la compatibilità ambientale<br />
e chimica, la permeabilità e la capacità di accumulo. Per<br />
quanto riguarda la compatibilità ambientale e chimica, i componenti<br />
dello strato non devono rilasciare sostanze dannose<br />
per l’ambiente e devono essere chimicamente compatibili con<br />
gli altri materiali impiegati nella stratificazione. La conduttività<br />
idraulica satura deve essere superiore a 0.3 cm/s e per<br />
quanto riguarda la capacità di accumulo è necessario verificare<br />
che in corrispondenza dei massimi volumi d’acqua invasa-<br />
90
<strong>IA</strong><br />
risposta idrologica del verde pensile<br />
ti sia sempre presente un adeguato volume d’aria, per non<br />
causare l’asfissia radicale.<br />
Nei sistemi realizzati con materiale sciolto lo strato drenante,<br />
costituito da materiali minerali leggeri quali pomice, lava,<br />
ardesia e<strong>spa</strong>nsa, presenta valori di accumulo idrico valutabili,<br />
nel caso di copertura inclinata, attraverso la sola capacità di<br />
ritenzione idrica dei materiali e nel caso di coperture piane<br />
prevedendo un accumulo ulteriore dovuto alla presenza di una<br />
falda di pochi centimetri che si genera sul fondo. Lo spessore<br />
minimo dello strato deve garantire l’infiltrazione verticale<br />
dell’acqua meteorica e lo smaltimento orizzontale della stessa,<br />
evitando che le zone di ristagno idrico interessino lo strato<br />
filtrante.<br />
I sistemi con elementi drenanti preformati in piastre o rotoli,<br />
realizzati in materiale sintetico, polietilene, polistirolo o materiali<br />
termoisolanti hanno, a parità di spessore, capacità drenanti<br />
superiori a quelle dei materiali sfusi e comportano pesi<br />
più contenuti. In questi sistemi l’acqua viene immagazzinata<br />
in appositi incavi così da poter ottenere accumulo anche nel<br />
caso di coperture inclinate. Lo spessore di tali strati può variare<br />
da 2,5 a 12 cm.<br />
Il compito dello strato filtrante è quello di impedire la discesa<br />
di particelle fini dal substrato colturale verso lo strato drenante.<br />
Normalmente si utilizzano geotessili con opportune caratteristiche<br />
di resistenza alla trazione, al taglio e al punzonamento<br />
e con idonea permeabilità idraulica.<br />
Infine, al substrato di vegetazione sono richiesti un’elevata<br />
capacità drenante in condizioni di massima saturazione idrica,<br />
un coefficiente di conduttività idraulica satura superiore<br />
a 0.4 cm/s, una buona capacità di ritenzione idrica (> 35% in<br />
volume) ed una struttura chimico-fisica che garantisca stabilità<br />
per eventi meteorici intensi, ovvero una struttura che<br />
non ammetta la formazione di fango connessa alla perdita di<br />
resistenza al taglio del terreno. I materiali normalmente<br />
impiegati nella miscelazione dei substrati sono di origine<br />
vulcanica (lava, pomice) per la parte minerale, che conta<br />
circa il 60% in volume della frazione totale, e sono costituiti<br />
da torbe e residui vegetali compostati per la parte organica<br />
(in percentuale non elevata) con rapporto carbonio-azoto<br />
inferiore a 30.<br />
La ritenzione e la detenzione delle acque meteoriche operate<br />
dalle diverse stratigrafie caratteristiche delle coperture a verde<br />
pensile riducono gli afflussi alla rete di drenaggio, prevenendo<br />
l’instaurarsi di situazioni critiche nei sistemi di drenaggio<br />
urbano e limitando le condizioni limite di esercizio con conseguente<br />
riduzione del rischio di allagamento e di contaminazione<br />
delle acque superficiali. Il rischio di allagamento delle<br />
aree urbane cresce infatti con la probabilità di fallanza di tratti<br />
della rete di drenaggio o di altri manufatti idraulici, mentre<br />
il rischio di contaminazione aumenta con la probabilità di<br />
entrata in funzione degli scolmatori di piena che scaricano nel<br />
corpo idrico ricettore portate idriche che non hanno subito<br />
alcun trattamento di depurazione.<br />
I metodi utilizzati in letteratura per interpretare la risposta di<br />
un sistema a verde pensile in termini idrologici sono diversi<br />
e variano dalle semplici relazioni empiriche, agli schemi<br />
modellistici concettuali, ai modelli fisicamente basati. Le<br />
relazioni empiriche, generalmente sviluppate in ambiti<br />
diversi dall’ingegneria idraulica e dall’idrologia, analizzano<br />
i dati di letteratura suddividendoli opportunamente in base<br />
alle scale temporali di riferimento ed hanno l’obiettivo di<br />
individuare correlazioni significative tra altezza e durata di<br />
pioggia, spessore del substrato, pendenza della copertura,<br />
tempo secco antecedente, ecc. I risultati sono relazioni polinomiali<br />
che consentono di calcolare il volume di scorrimento<br />
subsuperficiale complessivo in un assegnato intervallo di<br />
tempo, i volumi trattenuti o i ritardi nell’arrivo del picco in<br />
funzione delle variabili ritenute significative per la caratterizzazione<br />
del processo (Mentens et al., 2006; Tillinger et<br />
al., 2006).<br />
Gli schemi modellistici impiegati sono il metodo razionale<br />
(Moran et al., 2005), il modello a serbatoio lineare (Zimmer<br />
e Geiger, 1997) ed il metodo del Curve Number (Carter e<br />
Jackson, 2007). Gli approcci rigorosi, che affrontano la formulazione<br />
del campo di moto per l’infiltrazione in mezzo<br />
insaturo attraverso soluzioni dell’equazione di Richards<br />
generalmente integrata sulla verticale (Hilten, 2005), sono<br />
meno diffusi.<br />
Sebbene il controllo dei deflussi di origine meteorica ad opera<br />
delle copertura a verde, in termini di riduzione dei volumi<br />
complessivi e dell’altezza del picco dell’idrogramma operati<br />
a scala del singolo edificio, sia stata oggetto di numerose<br />
indagini, il trasferimento di tali risultati a scala di comprensorio<br />
urbano è ad oggi scarsamente investigato (Carter e<br />
Rasmussen, 2006). Tuttavia, la valutazione delle prestazioni<br />
delle coperture a verde per installazioni diffuse sul territorio<br />
urbano consente di quantificare opportunamente i benefici<br />
idraulico-ambientali nel loro complesso in termini di prevenzione<br />
dei fenomeni di inondazione nonché di riduzione dell’impatto<br />
ambientale sui corpi idrici ricettori.<br />
2. IL SITO SPERIMENTALE<br />
Al fine di valutare l’influenza del verde pensile sulla gestione<br />
e sul controllo delle acque meteoriche in un ambiente urbano<br />
tipico della regione mediterranea, in collaborazione con il<br />
Comune di Genova e l’Associazione Italiana per il Verde Pensile<br />
(A.I.Ve.P.), è stata predisposta l’installazione di un sito<br />
dimostrativo per il monitoraggio quali/quantitativo delle<br />
acque meteoriche sulla copertura a verde del Laboratorio di<br />
Ingegneria Ambientale dell’Università di Genova.<br />
Il lotto centrale della copertura a verde del Laboratorio (cfr.<br />
Figura 1), di estensione pari a circa 350 m 2 , è stato rinnovato<br />
nel Maggio del 2007, con riferimento alle linee guida espresse<br />
nella norma UNI 11235 “Istruzioni per la progettazione e<br />
la manutenzione di coperture a verde” e parcellizzato in due<br />
settori di uguale area, differenziati per la composizione del<br />
substrato drenante. La stratigrafia realizzata è costituita da un<br />
elemento di impermeabilizzazione (guaina bituminosa con<br />
protezione antiradice), un tessuto non tessuto a protezione<br />
meccanica della guaina (peso 300 gr/m 2 ), uno strato drenante<br />
in materiale granulare (lapillo con granulometria 3/16 mm),<br />
un tessuto non tessuto con funzione filtrante (peso 100 gr/m 2 ),<br />
uno strato colturale di spessore pari a 0,20 m, realizzato con<br />
VULCAFLOR per un settore e con VULCAFLOR addittivato<br />
con il 10% di zeolite per l’altro settore. Presso il sito sperimentale<br />
è disponibile una centralina meteorologica (stazione<br />
91
<strong>IA</strong><br />
risposta idrologica del verde pensile<br />
di soglia [L]; q è la portata specifica per unità di area [LT -1 ];<br />
h è il livello idrico nel serbatoio [L] e p è la precipitazione<br />
[LT -1 ].<br />
(1)<br />
(2)<br />
Il comportamento del secondo serbatoio è regolato dalla coppia<br />
di equazioni (3) e (4), ed analoghe equazioni descrivono il<br />
comportamento del terzo serbatoio.<br />
(3)<br />
(4)<br />
Fig. 1 – Il tetto verde del laboratorio di Ingegneria Ambientale<br />
dell’Università di Genova, utilizzato quale sito sperimentale<br />
per il monitoraggio delle prestazioni idrauliche delle<br />
coperture a verde<br />
CAE SP-102) per l’acquisizione dei dati relativi a precipitazione,<br />
temperatura e umidità dell’aria, radiazione solare incidente<br />
e pressione atmosferica ed una stazione per la misura<br />
della portata di deflusso sub-superficiale costituita da una<br />
sezione di controllo a stramazzo triangolare accoppiata ad un<br />
sensore di livello piezoresistivo.<br />
La simulazione della risposta della copertura vegetata è stata<br />
effettuata utilizzando due diversi modelli, uno concettuale a<br />
limitato numero di parametri (serbatoio lineare) ed il secondo<br />
costituito da un modello completo per la descrizione del<br />
moto di infiltrazione (formulazione di Richards nello schema<br />
monodimensionale). È stata simulata inoltre la risposta<br />
di una analoga copertura impermeabile di raffronto utilizzando<br />
lo Storm Water Mangement Model (SWMM) distribuito<br />
dall’EPA (Huber & Dickinson, 1992). Il dominio fisico<br />
è stato schematizzato in 6 sottobacini, 4 nodi corrispondenti<br />
ai pozzetti di raccolta delle acque e 5 condotte che convogliano<br />
le acque alla stazione di misura. Il codice implementa<br />
l’equazione dell’onda cinematica per la convoluzione,<br />
ed il modello del “Curve Number” del Soil Conservation<br />
Service (SCS, 1972) per il calcolo della precipitazione efficace.<br />
3. MODELLAZIONE DELLA RISPOSTA IDRO-<br />
LOGICA DEL SINGOLO TETTO VERDE<br />
Per quanto riguarda il modello concettuale, il tetto verde è<br />
stato schematizzato attraverso tre serbatoi lineari rappresentativi<br />
dei processi di infiltrazione lungo la verticale, e del drenaggio<br />
(trasporto in direzione orizzontale) dalle zone prossime<br />
e lontane dai pluviali.<br />
Il comportamento del primo serbatoio è regolato dalla coppia<br />
di equazioni (1) e (2) dove gli apici e i pedici rappresentano<br />
rispettivamente l’istante temporale e il numero del serbatoio;<br />
K è una costante di svuotamento [T -1 ]; s è un valore<br />
La portata specifica in uscita dalla copertura a verde, q GreenModel<br />
[LT -1 ] viene calcolata come combinazione lineare (5) delle portate<br />
defluenti dal secondo e dal terzo serbatoio.<br />
Il modello fisicamente basato è stato invece implementato utilizzando<br />
il codice Hydrus 1D (Simunek et al., 1998), sviluppato<br />
per simulare l’infiltrazione nel suolo in un mezzo poroso<br />
insaturo, che risolve l’equazione di Richards monodimensionale<br />
utilizzando lo schema lineare di Galerkin agli elementi<br />
finiti. Nell’applicazione dell’equazione di Richards monodimensionale:<br />
dove ψ è il carico di suzione [L]; K è la conduttività idraulica<br />
satura [LT -1 ] e θ è il contenuto di umidità [-] sono state utilizzate<br />
le relazioni di Van Genuchten (1980) per la curva di ritenzione<br />
(7) ed il modello di Mualem (1976) per la conduttività<br />
idraulica insatura (8):<br />
In tali equazioni S e = (θ – θ r ) / (θ s – θ r ) è il grado di saturazione<br />
efficace [-], θ r il contenuto di umidità residuo [-], θ s la<br />
porosità totale o contenuto di umidità a saturazione, α una<br />
costante empirica [L -1 ], n ed m esponenti adimensionali con m<br />
=1 –1/n, e K s la conduttività idraulica satura [L·T -1 ].<br />
Le condizioni al contorno imposte all’interfaccia suolo –<br />
atmosfera (9) corrispondono a flusso assegnato e pari alla precipitazione<br />
per condizione di suolo insaturo e a carico assegnato<br />
pari a zero per condizione di suolo saturo (nessun pozzangheramento);<br />
mentre all’interfaccia suolo – soletta (10)<br />
corrispondono a flusso nullo per condizione di suolo insaturo<br />
e flusso libero per condizioni di suolo saturo. Il drenaggio nel<br />
mezzo saturo e la convoluzione lungo i pluviali fino alla stazione<br />
di misura vengono interpretati mediante due serbatoi<br />
(5)<br />
(6)<br />
(7)<br />
(8)<br />
92
<strong>IA</strong><br />
risposta idrologica del verde pensile<br />
lineari le cui costanti di svuotamento sono indicate nel seguito<br />
rispettivamente con K d e K c .<br />
(9)<br />
(10)<br />
Fig. 2 – Il lotto centrale della copertura del laboratorio utilizzato<br />
quale tetto di raffronto impermeabile per gli eventi del<br />
mese di Maggio 2007<br />
Tab. 1 – Prima fase della campagna di monitoraggio<br />
Evento Altezza Totale Portata Massima<br />
(gg/mm/aaaa) (mm) (l·s -1 )<br />
02/05/2007 27.2 5.7<br />
03/05/2007 1.6 0.13<br />
04/05/2007 43.2 3.9<br />
Una prima fase della campagna di monitoraggio (Aprile –<br />
Maggio 2007) è stata effettuata in presenza della sola guaina<br />
di impermeabilizzazione (cfr. Figura 2) con lo scopo di<br />
disporre di una copertura impermeabile di raffronto per le fasi<br />
successive della sperimentazione. Sono stati registrati solo tre<br />
eventi, e due di questi hanno generato un deflusso significativo<br />
(cfr. Tabella 1).<br />
Nella fase di calibrazione dei parametri richiesti dal modello<br />
per la copertura impermeabile è stato utilizzato l’evento del 2<br />
Maggio 2007.<br />
Si sono ottenuti i seguenti valori dei parametri: per le resistenze<br />
idrauliche, n di Manning pari a 0.012 e a 0.01 rispettivamente<br />
per i sottobacini e per le condotte, mentre per le<br />
depressioni superficiali una profondità pari a 2 mm. La simulazione,<br />
come mostrato in Figura 3a (ImpModel), sovrastima<br />
il volume totale defluito e l’altezza del picco dell’idrogramma<br />
rispettivamente del 15% e del 2.6%. La calibrazione è stata<br />
validata per l’evento del 4 Maggio (cfr. Figura 3b) per il quale<br />
si è ottenuto un errore di sottostima del volume totale e dell’altezza<br />
del picco rispettivamente pari al 14.4% e al 17%.<br />
La seconda fase della campagna di monitoraggio, avviata il 22<br />
Maggio 2007 e attualmente ancora in corso, ha messo in evidenza<br />
la capacità di ritenzione e detenzione del sistema a<br />
verde pensile (cfr. Tabella 2); 4 eventi monitorati su 17 non<br />
generano alcun deflusso e solo 5 eventi generano deflussi con<br />
picchi significativi, superiori a 0.5 l/s. Il volume di precipitazione<br />
per tutti gli eventi meteorici viene completamente infiltrato<br />
nel sistema (non si ha deflusso superficiale) e solo parzialmente<br />
exfiltrato.<br />
I parametri sintetici (volume ritenuto e riduzione dell’altezza<br />
del picco) utilizzati per descrivere le prestazioni idrologiche<br />
di un tetto verde sono elencati in Tabella 2. La riduzione dell’altezza<br />
del picco calcolata come differenza relativa percen-<br />
Fig. 3 – Confronto tra l’idrogramma misurato e simulato per il tetto impermeabile ed errori sul volume totale e sull’altezza del picco per<br />
gli eventi del 2 maggio (a) e del 4 maggio 2007 (b)<br />
93
<strong>IA</strong><br />
risposta idrologica del verde pensile<br />
tuale tra il picco della copertura impermeabile di raffronto ed<br />
il picco misurato per la copertura a verde varia in un intervallo<br />
tra il 70% e il 100% con un valore medio pari a 92%. Il<br />
volume ritenuto calcolato come differenza relativa percentuale<br />
tra il volume della precipitazione ed il volume del deflusso<br />
subsuperficiale varia tra il 5% ed 100% con un valore medio<br />
del 73%. I ritardi calcolati come differenza tra i baricentri<br />
dello ietogramma e dell’idrogramma per gli eventi del 5 Giugno<br />
2007, del 23 Novembre 2007, del 16 Gennaio 2008 e del<br />
4 Febbraio 2008 (eventi con picco superiore a 0.5 l·s -1 ) sono<br />
rispettivamente 50, 148, 85 e 190 minuti. Tali valori risultano<br />
significativi se confrontati con gli usuali tempi di concentrazione<br />
dei bacini urbani.<br />
Per la calibrazione di entrambi i modelli della risposta della<br />
copertura a verde si sono utilizzati gli eventi del 5 Giugno e<br />
del 22-23 Novembre 2007. Tali eventi, attualmente i più<br />
intensi della campagna di misura con un’intensità massima<br />
sui 5 minuti rispettivamente pari a 110 e 57 mm·h -1 , sono<br />
stati utilizzati per determinare i parametri del modello concettuale<br />
(K, s, β) ed i parametri idraulici (θ r , θ s , α, n, K s ) del<br />
modello Hydrus+conv, riportati rispettivamente nelle Tabelle<br />
3 e 4. I parametri per il drenaggio nel mezzo saturo e per<br />
la convoluzione nei pluviali (K d e K c ) sono stati assunti<br />
rispettivamente pari a 0.02 min -1 e 0.1 min -1 . La simulazione<br />
del modello concettuale sottostima, per l’evento del 5 Giugno,<br />
il volume complessivo e l’altezza del picco rispettivamente<br />
del 7% e del 15%, mentre per l’evento del 22-23<br />
Novembre sovrastima il volume del 4% e sottostima il picco<br />
del 19%.<br />
La simulazione con il modello completo Hydrus+conv (cfr.<br />
Figura 4) riproduce correttamente l’evento del 5 Giugno,<br />
mentre sottostima l’altezza del picco del 9.2% per l’evento<br />
del 22-23 Novembre. La calibrazione di entrambi i modelli è<br />
stata validata per gli eventi del 16 Gennaio e del 4 Febbraio<br />
2008. Nel caso dell’evento del 16 Gennaio, il modello concettuale<br />
ed il modello completo sovrastimano i volumi rispettivamente<br />
dell’1% e dell’8% e sottostimano l’altezza del<br />
picco del 2% e dello 0.5%, mentre sovrastimano i volumi<br />
dell’8% e del 15.5% e sottostimano il picco del 16% e del<br />
3.5% per l’evento del 4 Febbraio. Le simulazioni degli eventi<br />
di calibrazione/validazione per Hydrus+conv sono state<br />
effettuate su intervalli di tempo sufficientemente lunghi da<br />
garantire una scarsa influenza delle condizioni iniziali, assegnate<br />
arbitrariamente sul carico di suzione e corrispondenti<br />
al punto di essiccamento.<br />
Tab. 2 – Campagna di monitoraggio in corso, percentuali di ritenzione<br />
dei volumi e di abbattimento dell’altezza dei picchi<br />
rispetto alla copertura impermeabile di raffronto<br />
Evento<br />
Altezza<br />
Totale<br />
Portata<br />
Massima<br />
Ritenzione<br />
Volume<br />
Abbattimento<br />
Picco<br />
(aaaa/mm/gg) (mm) (l·s -1 ) (%) (%)<br />
2007/05/26 9 No deflusso 100 100<br />
2007/05/28 12.4 No deflusso 100 100<br />
2007/06/01 42.4 0.02 99 99<br />
2007/06/05 41.2 1.31 41 87<br />
2007/08/08 13.2 No deflusso 100 100<br />
2007/08/09-10 14 < 0.01 95 98.7<br />
2007/08/20 15.2 < 0.01 95 99.9<br />
2007/08/21 32.6 0.04 96 99<br />
2007/09/27 28.6 0.02 99 99.6<br />
2007/11/21 8 No deflusso 100 100<br />
2007/11/22-23 138.2 1.27 9.5 79<br />
2008/01/4-5 32.8 0.1 70 76<br />
2008/01/11-12 41.4 0.6 15 87<br />
2008/01/16 40.4 0.9 4.6 78<br />
2008/02/04 30.4 0.8 51 70<br />
2008/03/9-10 23.2 0.16 81 94<br />
2008/04/9-11 55 0.1 93 96<br />
Tab. 3 – Parametri del modello concettuale per la copertura a verde<br />
Parametri concettuali<br />
Parametri<br />
idraulici<br />
1/K s β<br />
(min) (mm) (%)<br />
Serbatoio I 32 16 -<br />
Serbatoio II 33.3 2 76<br />
Serbaotoio III 322.6 2 24<br />
Tab. 4 – Parametri idraulici del modello Hydrus+conv per la<br />
copertura a verde<br />
Profondità θ r θ s α n Κ s<br />
(cm) (-) (-) (cm -1 ) (-) (cm·s -1 )<br />
Lapillo -40 ÷ -20 0.04 0.47 0.145 2.68 1<br />
Vulcaflor -20÷0 0.05 0.5 0.075 1.89 0.1<br />
4. MODELLAZIONE DELLA RISPOSTA IDRO-<br />
LOGICA A SCALA DI BACINO<br />
Tab. 5 – Superficie delle classi di uso del suolo per il bacino urbano<br />
di Colle Ometti, nella situazione attuale<br />
Nell’ambito della valutazione dei benefici ambientali, della<br />
riduzione dell’inquinamento delle acque e della prevenzione<br />
dei fenomeni di inondazione in ambiente urbano è necessario<br />
ampliare il contesto di studio dalla scala <strong>spa</strong>ziale della<br />
singola copertura, alla scala <strong>spa</strong>ziale del bacino di drenaggio.<br />
L’interpretazione di modelli afflussi-deflussi distribuiti<br />
sul intero bacino urbano consente di stimare, per gli aspetti<br />
idraulico-quantitativi, la riduzione del volume complessivo<br />
immesso in rete, l’abbattimento dell’altezza del picco del-<br />
Aree Impermeabili<br />
Aree Permeabili<br />
Uso del suolo<br />
Area<br />
(-) (ha) (%)<br />
Tetti a falde 1.33 29.2<br />
Tetti piani 0.08 1.7<br />
Strade e parcheggi 1.28 28.1<br />
Altro 0.06 1.3<br />
Aree Verdi 1.28 28.1<br />
Orti 0.53 11.6<br />
94
<strong>IA</strong><br />
risposta idrologica del verde pensile<br />
Fig. 4 – Idrogramma misurato e confronto con i modelli della copertura a verde e impermeabile per gli eventi del 5 Giugno 2007, 22-23<br />
Novembre 2007, 16 Gennaio 2008 e 4 Febbraio 2008<br />
l’idrogramma e l’incremento del tempo di concentrazione<br />
del bacino.<br />
Per la modellazione idrologica di scenari di conversione a<br />
verde pensile delle coperture tradizionali è stato scelto pertanto<br />
il bacino urbano del quartiere di Colle Ometti nella città<br />
di Genova. L’area del bacino si estende sulle colline genovesi<br />
per una superficie pari a 5.5 ha, è stata edificata nella metà<br />
degli anni ’80, ed attualmente ospita circa 500 unità abitative<br />
(cfr. Figura 5). Il bacino è stato oggetto di una campagna di<br />
monitoraggio quali-quantitativo dei deflussi di origine meteorica<br />
nel corso del 2005 ed è pertanto attrezzato con una opportuna<br />
strumentazione di misura.<br />
In Tabella 5 sono riportate le classi di uso del suolo (Tetti a<br />
falde, Tetti piani, Strade e parcheggi, Aree verdi ed Orti) e le<br />
stime delle relative superfici, ricavate dall’analisi della cartografia<br />
esistente e di fotografie aree. Dall’analisi risulta che le<br />
superfici a tetto (tetti a falde e tetti piani) rappresentano il<br />
30.9% della superficie totale ed il 51.3% delle superfici<br />
impermeabili, le quali coprono complessivamente il 60.3%<br />
dell’estensione dell’intero bacino.<br />
95
<strong>IA</strong><br />
risposta idrologica del verde pensile<br />
Tab. 6 – Confronto delle aree totali impermeabili e permeabili<br />
nella situazione attuale e nei tre scenari di conversione a<br />
verde pensile per il bacino urbano di Colle Ometti<br />
Area Totale<br />
Impermeabile<br />
Area Totale<br />
Permeabile<br />
Scenari<br />
Area<br />
(-) (ha) (%)<br />
Situazione Attuale 2.75 60.3<br />
Conversione del 10% 2.61 57.2<br />
Conversione del 20% 2.47 54.1<br />
Conversione del 100% 1.34 29.4<br />
Situazione Attuale 1.81 39.7<br />
Conversione del 10% 1.95 42.8<br />
Conversione del 20% 2.09 45.9<br />
Conversione del 100% 3.22 70.6<br />
Fig. 5 – Il comprensorio urbano di Colle Ometti a Genova: tipologia<br />
di urbanizzazione<br />
Tab. 7 – Parametri del Modello Afflussi –Deflussi<br />
Sottobacini<br />
Uso del suolo<br />
Per simulare la risposta idrologica del bacino di Colle Ometti<br />
è stato utilizzato lo Storm Water Management Model<br />
(SWMM) distribuito dall’EPA (Huber e Dickinson, 1992).<br />
Benché attualmente nel bacino non siano presenti coperture<br />
a verde pensile, l’obiettivo della presente simulazione è la<br />
valutazione dei benefici idraulico-ambientali (controllo e<br />
gestione delle acque meteoriche) riscontrabili a seguito dell’installazione<br />
nel bacino di coperture vegetate tramite ipotesi<br />
di riconversione. La modellazione idrologica è stata<br />
quindi condotta nella situazione attuale e per tre ipotetici<br />
scenari corrispondenti alla conversione a verde rispettivamente<br />
del 10%, 20% e 100% delle coperture esistenti. In<br />
Tabella 6 sono riportate le percentuali delle aree impermeabili<br />
e permeabili presenti nel bacino nei tre scenari di conversione.<br />
La riduzione delle aree totali impermeabili è significativa<br />
e nel caso di conversione di tutte le coperture si<br />
riduce a circa il 50%.<br />
Il dominio fisico è stato schematizzato in 286 sottobacini<br />
omogenei per classe di uso del suolo, 102 nodi e 101 condotte.<br />
Altri modelli utilizzati nel codice sono, per la convoluzione,<br />
il modello dell’onda cinematica e per l’infiltrazione il<br />
metodo del Curve Number del Soil Conservation Service<br />
(SCS, 1972). I parametri del modello, calibrati e validati su 10<br />
eventi monitorati nel periodo tra Febbraio e Giugno 2005,<br />
sono riportati in Tabella 7.<br />
Ciascun tetto verde è stato schematizzato come un acquifero<br />
di profondità corrispondente allo spessore della stratigrafia<br />
con la base perfettamente impermeabile e coincidente con<br />
l’estradosso della soletta (assenza di percolazione profonda).<br />
L’equazione che regola il moto sub-superficiale è la legge di<br />
Darcy secondo le assunzioni di Dupuit-Forcheimer (Bouwer,<br />
1978) ed il modello utilizzato per l’infiltrazione è il modello<br />
del Curve Number. Nelle simulazioni effettuate è stato trascurato<br />
il contributo dell’evapo-traspirazione.<br />
La modellazione idrologica è stata condotta in continuo per<br />
18 anni di eventi meteorici, dal 1990 al 2007, acquisiti presso<br />
la centralina meteorologica di Villa Cambiaso. La serie<br />
storica di dati di precipitazione – disponibile con la risoluzione<br />
temporale di un minuto – è stata filtrata per l’individuazione<br />
dei singoli eventi meteorici attraverso la definizione<br />
di un periodo minimo di tempo secco tra due eventi<br />
meteorici pari a 24 ore per un totale di circa 1000 eventi<br />
meteorici indipendenti. L’altezza totale di pioggia annua è<br />
pari a 1330 mm e l’intensità media d’evento è pari a<br />
3 mm·h -1 . In Tabella 8 sono riportate alcune caratteristiche<br />
della serie pluviometrica.<br />
La riduzione del volume (fenomeno della ritenzione – immagazzinamento<br />
e lenta dispersione in atmosfera) è dovuta principalmente<br />
ai processi di evapo-traspirazione dalla vegetazio-<br />
CN<br />
Depressioni<br />
Superficiali<br />
n Manning<br />
(-) (-) (mm) (-)<br />
Tetti a falde 100 0.5 0.012<br />
Tetti Piani 100 0.5 0.012<br />
Strade e Parcheggi 98 1 0.015<br />
Aree Verdi 70 5 0.41<br />
Orti 76 4 0.25<br />
Condotte 0.015<br />
Tab. 8 – Caratteristiche della serie di eventi meteorici 1990-2007,<br />
Genova, Villa Cambiaso<br />
Registrazioni<br />
pluviometriche<br />
h tot durata interarrivo<br />
(mm) (h) (h)<br />
Max 463 458.5 1858<br />
Media 22.8 22.7 135<br />
Dev. Standard 44.5 34.4 150<br />
96
<strong>IA</strong><br />
risposta idrologica del verde pensile<br />
Fig. 6 – Confronto dell’idrogramma di risposta per il bacino di Colle Ometti nella situazione attuale e nei tre scenari di conversione a<br />
verde per l’evento del 23 Agosto 1992<br />
ne ed evaporazione del suolo. Mentens et al. (2006) hanno stimato<br />
pari al 2.7% la riduzione, a scala annuale, del volume<br />
immesso in rete per la conversione a verde del 10% delle<br />
coperture nel centro della città di Bruxelles. Tillinger (2006),<br />
ha stimato una riduzione del 2%, in accordo con l’esperienza<br />
precedente, per il bacino del North River – NY, con conversione<br />
del 10% delle coperture. Nel presente studio l’evapotraspirazione<br />
ed i fabbisogni idrici da parte della vegetazione<br />
non sono stati considerati, pertanto la riduzione dei volumi<br />
operata dai tre scenari di conversione è nulla.<br />
In Figura 6, viene illustrato l’idrogramma di risposta per il<br />
bacino di Colle degli Ometti nella situazione attuale e nei tre<br />
scenari di conversione a verde pensile, per l’evento particolarmente<br />
intenso del 23 agosto 1992. La detenzione (immagazzinamento<br />
temporaneo e successivo lento rilascio in rete)<br />
dei volumi, determina sia l’attenuazione sia il ritardo dell’arrivo<br />
del picco di scorrimento superficiale alla confluenza<br />
con la rete di drenaggio con conseguente riduzione dei<br />
volumi defluiti per tutta la curva crescente dell’idrogramma.<br />
L’attenuazione del picco è dovuta alla capacità di immagazzinamento<br />
del suolo a meno della capacità di campo, alla<br />
capacità di immagazzinamento dello strato drenante, nonché<br />
alla pendenza della copertura e dipende dalla forma dello<br />
ietogramma di pioggia e dalle condizioni di umidità del<br />
suolo.<br />
La simulazione è stata ripetuta per tutti gli eventi reali<br />
osservati e per i diversi scenari di inverdimento ipotizzati,<br />
calcolando per ciascuno di essi le prestazioni idrauliche<br />
ottenute. La riduzione media dei volumi defluiti nei primi 7<br />
minuti (tempo di risposta del bacino) e nei primi 15 minuti,<br />
calcolata come differenza percentuale relativa tra i volumi<br />
defluiti nella situazione attuale e quelli generati nei tre scenari<br />
di conversione a verde è illustrata in Figura 7 (a) e (b)<br />
per diverse classi di intensità di precipitazione riferite ai<br />
primi 7 minuti dell’evento meteorico. In Figura 7 (c) è<br />
riportata la percentuale di abbattimento del picco, calcolata<br />
come differenza percentuale relativa tra l’altezza del picco<br />
dell’idrogramma di risposta nella situazione attuale e nei tre<br />
scenari di conversione, in funzione delle classi di intensità<br />
massima. La risposta idraulica dei tre scenari di conversione,<br />
in termini di percentuale di riduzione dei volumi e di<br />
riduzione dell’altezza del picco, dipende evidentemente<br />
dall’intensità dell’evento meteorico, tuttavia per tutte le<br />
classi d’evento si ha una riduzione significativa sia del<br />
volume immesso in rete sia dell’altezza del picco. Con la<br />
conversione a verde di tutte le coperture si raggiunge una<br />
riduzione media del volume sui primi 15 minuti ed una<br />
riduzione dell’altezza del picco rispettivamente pari al 80%<br />
e all’83% per la prima classe e pari al 52% e al 29% per<br />
l’ultima classe.<br />
I risultati mostrano, in accordo con le esperienze riportate in<br />
letteratura (Villareal et al., 2004) che la diffusione di installazioni<br />
a verde pensile in un bacino urbano rappresenta un<br />
efficace strumento per la prevenzione dei fenomeni di allagamento<br />
e per la riduzione dell’impatto delle acque meteoriche<br />
sugli impianti di trattamento e sui corpi idrici ricettori.<br />
I sistemi di drenaggio urbano sostenibile, e nello specifico le<br />
coperture a verde, risultano ancor più efficaci quando vengono<br />
installati nel tessuto urbano in sinergia con altre soluzioni<br />
tecnologiche quali ad esempio le pavimentazioni permeabili,<br />
le fasce filtranti inerbite, gli stagni per la detenzione,<br />
ecc.<br />
5. CONCLUSIONI<br />
Sono stati illustrati i risultati ottenuti dalla modellazione<br />
idrologica di un sito sperimentale a verde pensile realizzato<br />
in ambiente mediterraneo in base all’elaborazione dei dati<br />
provenienti dalla campagna di monitoraggio condotta nel<br />
periodo da Maggio 2007 ad Aprile 2008. La simulazione<br />
della risposta della copertura vegetata è stata effettuata<br />
mediante un modello concettuale a limitato numero di parametri<br />
(serbatoio lineare) ed un modello completo per la<br />
descrizione del moto di infiltrazione (Hydrus-1D). Il modello<br />
concettuale ed il modello numerico riproducono con suffi-<br />
97
<strong>IA</strong><br />
risposta idrologica del verde pensile<br />
Fig. 7 – Confronto della riduzione dei volumi operata nei primi 7 (a) e 15 (b) minuti di deflusso, nonché della riduzione dell’altezza del<br />
picco dell’idrogramma (c), per i tre scenari di conversione, in funzione delle classi di intensità della precipitazione<br />
ciente approssimazione i dati sperimentali. Gli eventi che si<br />
renderanno disponibili durante la campagna di misura attualmente<br />
in corso consentiranno di migliorare ulteriormente<br />
l’affidabilità di tali modelli. Le prestazioni della copertura a<br />
verde pensile quale strumento per la gestione delle acque<br />
meteoriche appaiono molto significative con una riduzione<br />
media dell’altezza del picco pari al 92% ed una riduzione del<br />
volume pari al 73%. Tuttavia, nell’ambito della valutazione<br />
dei benefici ambientali (ad es. prevenzione dei fenomeni di<br />
inondazione, e riduzione dell’impatto sugli impianti di trattamento)<br />
è necessario ampliare l’orizzonte <strong>spa</strong>ziale di analisi,<br />
dalla scala del singolo edificio alla scala dell’intero comprensorio<br />
urbano.<br />
A tale scopo è stata simulata in continuo per 18 anni di eventi<br />
meteorici (serie storica registrata presso Villa Cambiaso,<br />
Genova, 1990-2007) la risposta idrologica del bacino urbano<br />
di Colle Ometti a Genova. Benché attualmente nel bacino<br />
non siano presenti tetti verdi, lo studio si è proposto di<br />
analizzare i benefici idrologici di tre ipotetici scenari di conversione<br />
a verde delle coperture esistenti (inverdimento del<br />
10%, 20% e 100%). La simulazione ha mostrato che la diffusione<br />
di installazioni di coperture a verde pensile estensivo<br />
(15 cm di spessore totale della stratigrafia) anche solo sul<br />
10% delle coperture esistenti consente di pervenire ad una<br />
riduzione pari al 5% dell’altezza del picco dell’idrogramma.<br />
La risposta idrologica dello scenario in cui tutte le coperture<br />
sono convertite a verde presenta una riduzione media dell’altezza<br />
del picco del 51% rispetto alla situazione attuale.<br />
Le potenzialità delle coperture a verde nella gestione e controllo<br />
delle acque meteoriche sono pertanto confermate.<br />
All’aumentare dello spessore della stratigrafia ci si attendono<br />
prestazioni crescenti, tuttavia l’installazione di soluzioni<br />
tecniche con spessori significativi potrebbe richiedere interventi<br />
per il rinforzo delle strutture portanti esistenti, mentre<br />
98
<strong>IA</strong><br />
risposta idrologica del verde pensile<br />
le soluzioni a verde pensile di limitato spessore sono generalmente<br />
applicabili nell’edilizia residenziale senza la necessità<br />
di interventi strutturali. Per stimare la ritenzione sui<br />
volumi complessivamente conferiti in rete alle diverse scale<br />
temporali di evoluzione dei processi (scala d’evento, stagionale<br />
ed annuale) è tuttavia necessario completare il modello<br />
di simulazione con il ruolo svolto dall’evapotraspirazione<br />
nei periodi di interarrivo degli eventi pluviometrici (tempo<br />
secco).<br />
I risultati quantitativi ottenuti dalle simulazioni modellistiche<br />
e dall’osservazione presso il sito dimostrativo realizzato<br />
dall’Università di Genova confermano la possibilità di<br />
impiegare i sistemi a verde pensile quale efficace strumento<br />
per la regimazione delle acque meteoriche nel clima<br />
mediterraneo, e per la mitigazione del rischio di fallanza<br />
delle reti di drenaggio urbano e di allagamento nelle aree<br />
urbanizzate. In particolare, il verde pensile costituisce una<br />
moderna tecnica di controllo della formazione dei deflussi<br />
superficiali in grado di affiancare e migliorare le soluzioni<br />
tradizionali volte alla semplice raccolta e convogliamento<br />
delle acque meteoriche dalle superfici impermeabili. È dunque<br />
possibile identificare il verde pensile non solo quale<br />
strumento di mitigazione e compensazione ambientale in<br />
generale, ma di promuoverlo nello specifico quale soluzione<br />
di drenaggio urbano sostenibile per il ripristino dei processi<br />
fondamentali del ciclo idrologico naturale nell’ambiente<br />
urbano (“hydrologic restoration”). Ciò conferma e<br />
rafforza le politiche di incentivazione già avviate, o in corso<br />
di definizione, in Italia ed in altri paesi della fascia mediterranea.<br />
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306.<br />
CURRICULA<br />
Anna Palla – Ha svolto il proprio Dottorato di Ricerca in Fluidodinamica<br />
e Processi dell’Ingegneria Ambientale presso il Dipartimento<br />
di Ingegneria delle Costruzioni, dell’Ambiente e del Territorio<br />
dell’Università degli Studi di Genova. Il settore di ricerca<br />
specifico è relativo agli aspetti idrologici delle coperture a verde<br />
pensile, con particolare riferimento alla quantificazione dei benefici<br />
ambientali, la riduzione del carico inquinante associato alle<br />
acque di dilavamento meteorico, e la prevenzione delle criticità<br />
idrauliche delle reti, secondo le tecniche e tecnologie di controllo<br />
della formazione dei deflussi superficiali (drenaggio urbano sostenibile).<br />
Luca G. Lanza – È docente di Costruzioni Idrauliche e Idrologia<br />
presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università degli studi di Genova.<br />
È autore o co-autore di circa 230 pubblicazioni tra articoli su libri,<br />
riviste internazionali, nazionali e comunicazioni a convegni. I relativi<br />
temi di ricerca coprono diversi settori delle costruzioni idrauliche,<br />
dell’idrologia di bacino, della previsione e mitigazione dei fenomeni<br />
idrologici estremi, dell’idrologia urbana e della gestione e controllo<br />
delle acque meteoriche, del monitoraggio ambientale e della gestione<br />
delle risorse idriche.<br />
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