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Analisi e gestione delle acque di dilavamento stradale – prima parte

Il progetto ANAS AcqueDiStrada: tra stato dell’arte e prospettive di sviluppo

sfondo mita

La seconda parte, proposta su “S&A” n° 142 Luglio/Agosto 2020, è online su https://www.stradeeautostrade.it/ambiente-e-territorio/analisi-e-gestione-delle-acque-di-dilavamento-stradale-seconda-parte/.

Introduzione e aspetti generali del fenomeno

Le Acque Meteoriche di Dilavamento Stradale (AMDS) contengono generalmente un’ampia gamma di contaminanti (solidi sospesi, metalli pesanti, idrocarburi, materia organica, ecc.) generati dalla deposizione atmosferica di tempo asciutto, dal traffico veicolare (gas di scarico e perdite di olio, usura degli pneumatici e dell’asfalto, ecc.) e provenienti da ambiti esterni alla strada (rifiuti di natura organica, pesticidi, ecc.) [1 e 2].

In questo senso, particolare rilevanza assumono i deflussi che derivano dalla prima fase dell’evento piovoso (first flush) che, esercitando un’azione dilavante, si contraddistinguono per valori tendenzialmente più elevati di concentrazione e carico inquinante [3 e 4].

Le acque di prima pioggia possono, dunque, in linea di principio risultare maggiormente dannose per la qualità dei corpi idrici ricettori [5]. A rigore, la valutazione di questi impatti andrebbe eseguita tenendo in debita considerazione le caratteristiche dei diversi contaminanti e i loro peculiari processi di trasporto e trasformazione [6] anche in relazione alle caratteristiche del corpo ricettore [7].

Per esempio, i fenomeni che si verificano e gli impatti che ne derivano sul ricettore finale sono differenti se l’inquinante si presenta in forma disciolta (e.g., metalli pesanti), adeso alle particelle più fini (e.g., metalli pesanti, IPA, microinquinanti organici) o sotto forma colloidale (e.g., materia organica) [8].

ANAS
1. Schema concettuale delle fonti, natura/tipologia e processi fisici, chimici e biologici che caratterizzano i contaminanti presenti nelle AMDS (fonte: [9])
Anche la tipologia di trattamento – e dunque i processi fisici, chimici e biologici che li caratterizzano – devono tenere in debita considerazione la natura e le caratteristiche degli inquinanti da rimuovere.

Nonostante risultino dunque relativamente note la natura e la tipologia dei contaminanti che caratterizzano le AMDS, le previsioni e le stime dei carichi e delle concentrazioni degli inquinanti, e gli impatti ambientali che da questi possono derivare, risultano di non semplice determinazione.

Ciò dipende anche dal fatto che i processi che sottendono all’accumulo di inquinanti sulle superfici stradali e al loro successivo dilavamento sono influenzati da una moltitudine di variabili e processi [10] quali, ad esempio, la tipologia e la composizione del manto stradale, la morfologia della strada, il volume e la tipologia di traffico, la durata del periodo secco che precede l’evento piovoso, l’intensità, frequenza e durata delle precipitazioni e, più in generale, le caratteristiche climatiche della zona.

Va inoltre considerata la natura stocastica e intermittente di molti di questi fenomeni (e.g., distribuzione spazio-temporale delle precipitazioni e dei contaminanti sulla strada).

A tal proposito, il recente progetto PROPER (Road runoff Pollution management and mitigation of environmental Risks, 2017-2020) del programma Water Quality finanziato dal CEDR (Conference of European Directors of Roads) sottolinea l’importanza di analizzare i fenomeni di contaminazione, mobilitazione e trasporto degli inquinanti della strada attraverso un approccio di tipo statistico/probabilistico e, ai fine della gestione delle AMDS, rappresenta la necessità di adottare un approccio di analisi dei rischi che prenda in esame anche la vulnerabilità del corpo idrico ricettore.

Il presente articolo riassume e analizza lo stato della conoscenza sul tema dell’analisi e gestione delle AMDS e introduce il Progetto di ricerca “AcqueDiStrada” (Analisi e Gestione delle Acque Meteoriche di Dilavamento Stradale) che ANAS è in procinto di avviare con l’obiettivo ultimo di predisporre – di concerto con gli Enti nazionali e Agenzie regionali per la tutela dell’ambiente – Linee Guida nazionali sulla progettazione, realizzazione, gestione e manutenzione di sistemi sostenibili per il trattamento delle AMDS.

Nello specifico, si illustra sommariamente il contesto normativo in ambito nazionale e raffronta l’approccio italiano con quello europeo.

Si procede poi con la descrizione e l’analisi dello stato dell’arte sul tema della caratterizzazione e gestione delle AMDS, attraverso un quadro sintetico dei sistemi di trattamento prevalentemente adottati in Italia e nei Paesi delle UE, delle attività di ricerca e studio ad oggi intraprese, congiuntamente a un’analisi critica delle soluzioni impiegate e delle lacune da colmare (gap della ricerca). Infine viene presentato il Progetto AcqueDiStrada.

first flush
2. La rappresentazione schematica del quadro normativo sul tema delle acque meteoriche

Cenni sul contesto normativo nazionale e raffronto con lo scenario europeo

Dal punto di vista legislativo (Figura 2), le acque meteoriche di dilavamento sono disciplinate a livello nazionale nell’art. 113 del D.Lgs. 152/2006 “Norme in materia ambientale”, che recepisce la Water Framework Directive 2000/60/CE, con lo scopo di proteggere e migliorare lo stato ecologico dei corpi idrici.

Le modalità di trattamento delle acque meteoriche viene delegato alla Legislazione regionale che norma i casi in cui può essere richiesto che le acque di prima pioggia e di lavaggio delle aree esterne siano convogliate e opportunamente trattate.

Ciò che emerge è un quadro legislativo frammentato e non omogeneo. In particolare, l’obbligo del trattamento delle acque di dilavamento delle superfici delle reti stradali e autostradali è disciplinato solo da alcune regioni.

La maggior parte dei regolamenti regionali prevede comunque che il trattamento delle acque possa essere disposto in fase di procedura di Valutazione di Impatto Ambientale (VIA), in relazione a quanto previsto nei Piani regionali di Tutela delle Acque (PTA) al fine di conseguire e mantenere gli obiettivi di qualità dei corpi idrici interessati dall’immissione.

Nella prassi, sulla maggior parte dei nuovi interventi ANAS vengono prescritti dagli Enti competenti sistemi separati di collettamento e trattamento delle AMDS, che solo sommariamente prendono in considerazione il volume di traffico atteso e il contesto ambientale in cui gli interventi si inseriscono.

A livello europeo, è prassi comune utilizzare il traffico medio annuo (TMA) quale principale indicatore dei livelli di concentrazione di sostanze inquinanti presenti sulla superficie stradale e, quindi, per definire la necessità di trattamento delle AMDS.

Tuttavia, anche l’uso del TMA come dato vicariante per la stima del carico inquinante è tutt’ora oggetto di discussione. Un esempio particolarmente virtuoso di approccio al problema lo si trova nel Regno Unito, dove la Highways England ha sviluppato HAWRAT (acronimo di Highways Agency Water Risk Assessment Tool), uno strumento decisionale per la gestione delle AMDS.

Il modello HAWRAT è basato sui dati raccolti nell’ambito di un ampio programma di ricerca svolto in collaborazione con l’Agenzia dell’Ambiente e prende in considerazione le variabili idrologiche, i volumi di traffico e i parametri biologici ed ecologici dei ricettori naturali.

L’approccio al problema risulta quindi più accurato rispetto a quanto avviene con altri metodi decisionali normalmente usati in Europa, basati su una soglia fissa di traffico. HAWRAT è in uso da alcuni anni ed è uno strumento condiviso di supporto alle decisioni per l’individuazione delle modalità di trattamento delle AMDS.

Lo stato dell’arte sulla gestione delle AMDS 

I sistemi adottati in Italia e in Europa per il trattamento delle AMDS

Nel panorama europeo, a fronte di Normative più o meno stringenti rispetto all’obbligo di trattamento delle AMDS prima del loro rilascio al corpo ricettore, si sta oramai consolidando la pratica di prevedere processi di depurazione più o meno articolati, diversificati in funzione dell’area geografica interessata.

  • traffico veicolare
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    3A. Sistemi di trattamento in Austria: sistemi compatti che utilizzano materiali filtranti disponibili in commercio (foto: ASFINAG)
  • Sedimentazione
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    3B. Sistema di trattamento in Austria: sistemi standard di sedimentazione/infiltrazione (foto: ASFINAG)

In un recente progetto del CEDR [11] che – tra gli altri – ha visto la partecipazione di ANAS, sono state analizzate le principali metodologie di trattamento adottate nei vari Paesi dell’Unione Europea.

Tale indagine ha mostrato che, nei tratti dove non sono necessarie particolari tutele, le acque di runoff sono fatte infiltrare direttamente nei fossi di guardia o negli arginelli a lato della strada, eventualmente allestiti con idoneo materiale filtrante.

Nei contesti che richiedono maggiore tutela gli approcci adottati variano in funzione delle caratteristiche territoriali e climatiche dell’area. In Austria, Germania e Francia, prevalgono sistemi che prevedono una combinazione di vasche di sedimentazione (in terra o in c.a.) e bacini di filtrazione con strati filtranti di materiale naturale (Figure 3A e 3B soprastanti) che trattano la maggior parte dei deflussi di piattaforma, ma che richiedono notevole disponibilità di aree.

In alternativa sono impiegati sistemi avanzati più compatti con filtri di materiali non naturali, che trattano solo la prima pioggia.

In Svizzera, dove la Normativa sulle AMDS è molto rigorosa, è consentito il collettamento a impianti di filtrazione/infiltrazione ovvero, per alcune grandi arterie autostradali, la centralizzazione del collettamento in grandi impianti di trattamento, al servizio di tratte di lunghezza considerevole (fino a 18 km).

Nei Paesi scandinavi (Svezia e Norvegia) la metodologia di trattamento più usata, in considerazione anche degli ampi spazi a disposizione, è il bacino di sedimentazione (sedimentation pond) singolo o combinato con un bacino di infiltrazione (infiltration pond).

Nei casi di disponibilità limitate di aree, possono essere usate vasche di sedimentazione con aggiunta di flocculanti.

Dilavamento
4. Il diagramma di flusso del Tool HAWRAT di valutazione dei rischi sviluppato dalla Highways England (fonte: [12])
Nel Regno Unito, ingenti sforzi sono stati profusi nella produzione di Linee Guida e norme tecniche per la standardizzazione dei sistemi di trattamento delle AMDS, con grossi investimenti anche su ricerca e monitoraggio.

In Inghilterra, la metodologia più diffusa sono i bacini di sedimentazione e filtrazione (ve ne sono circa 900 sparsi per il Paese), ma è prevista una eterogeneità di approccio in funzione delle caratteristiche dell’infrastruttura stradale, dell’area attraversata e di altri parametri che vengono processati attraverso uno specifico strumento per la valutazione del rischio di inquinamento (HAWRAT, Figura 4).

In Irlanda, l’orientamento negli ultimi anni è quello di sostituire i sistemi di trattamento tradizionali con un sistema integrato di trattamenti (SUDS – Sustainable Urban Drainage System) (Figura 5 sottostante) più sostenibile dal punto di vista ambientale, prevalentemente basato sulla capacità di depurazione dei terreni vegetati, utilizzando metodologie di drenaggio in serie (asfalto drenante, infiltrazione controllata nei fossi di guardia, bacini di filtrazione, bacini di fitodepurazione, wetlands, ecc.), in grado di ridurre progressivamente la quantità d’inquinante, le portate e i volumi di scarico al corpo ricettore finale.

In Italia, l’approccio adottato differisce da quello dei principali Paesi europei. Il sistema di gran lunga più utilizzato sulla rete stradale nazionale, realizzata negli ultimi 20 anni, prevede il collettamento delle acque piovane verso vasche compatte, prefabbricate o gettate in opera, (in c.a., PRFV, PEAD, ecc.), in grado di trattare generalmente solo la prima pioggia.

Da un recente censimento effettuato sulla rete ANAS si stima che circa 600 vasche siano sparse lungo i tracciati stradali. La maggior parte di esse operano il trattamento di sedimentazione/disoleazione per sola gravità.

Tali presidi, che operano per lo più in continuo durante l’evento meteorico, sono dimensionati per disporre di un ulteriore volume atto a contenere anche eventuali sversamenti accidentali, causati da incidenti stradali. Sulla rete autostradale la tipologia di trattamento è differenziata in base al livello di tutela richiesto.

Si va dai fossi vegetati (biofiltri) a lato strada o rivestiti con manufatto di controllo finale (eventualmente dotati di lama disoleatrice) nei tratti di pianura, alle vasche di sedimentazione/disoleazione, ai bacini controllati di sedimentazione e/o biofiltrazione integrati con disoleatore per tutte le aree di transito e sosta dei veicoli anche deputati alla movimentazione di carburanti (piazzali, aree di servizio, ecc.).

Acque meteoriche
5. Esempi di SUDS in Irlanda: la combinazione di aree umide, di sedimentazione e manufatti di controllo (foto: Transport Infrastructure Ireland)

Bibliografia

[1]. P. Branchu, A.L. Badin, B. Bechet, L. Eisenlohr, T. Le Priol, F. Marseille, E. Trielli – “Pollution d’origine routière et environnement de proximité”, “Vertigo – La revue électronique en sciences de l’environnement”, Vertigo, Hors-série 15, Feb. 2013.

[2]. P. Piguet – “Road runoff over the shoulder diffuse infiltration real-scale experimentation and optimization”, PhD Thesis, EPFL, Lausanne, Switzerland, 2007.

[3]. J.D. Sartor, G.B. Boyd, F.J. Agardy – “Water pollution aspects of street surface contaminants”, Journal of Water Pollution Control Federation, 46(3), 458-667, 1974.

[4]. S. Artina, M. Maglionico – “Esperienze sperimentali per lo studio e il controllo delle acque di prima pioggia nella città di Bologna”, Proceedings of acque di prima pioggia: esperienze sul territorio e normativa, Genova, Italy, 21 November 2003.

[5]. A.B. Deletic, C.T. Maksimovic – “Evaluation of water quality factors in storm runoff”, Journal of Environmental Engineering 124 (9), 869-879, 1998.

[6]. A.E. Barbosa, J.N. Fernandes – “Assessment of treatment systems for highway runoff pollution control”, Water Science and Technology 59 (9), 1733-1742, 2009.

[7]. S. Atkinson – “Water Impact Assessment, in Handbook of Environmental Impact Assessment”, Volume I – Environmental Impact Assessment Process, Methods and Potential, editado por Petts J., Oxford, pp. 273-300, 1999.

[8]. J. Vollertsen, S.O. Åstebøl, J.E. Coward, T. Fageraas, A.H. Nielsen, T. Hvitved-Jacobsen – “Performance and modeling of a highway wet detention pond designed for cold climate”, Water Quality Research Journal of Canada, in 44(3): 253-262, 2009.

[9]. S.B. Grant, N.V. Rekhi, N.R. Pise, R.L. Reeves, M. Matsumoto, A. Wistrom, L. Moussa, S. Bay, M.A. Kayhanian – “Review of the contaminants and toxicity associated with particles in stormwater runoff”, CTSW-RT-03-059.73.15, Caltrans, California Department of Transportation, Sacramento, CA, 2003.

[10]. M. Huber, A. Welker, B. Helmreich – “Critical review of heavy metal pollution of traffic area runoff: occurrence, influencing factors and partitioning”, Science of the Total Environment, 541, 895-919, 2016.

[11]. https://www.cedr.eu/download/Publications/2016/CEDR2016-1-Management-of-contaminated-runoff-water.pdf.

La seconda parte dell’articolo è online su https://www.stradeeautostrade.it/ambiente-e-territorio/analisi-e-gestione-delle-acque-di-dilavamento-stradale-seconda-parte/.

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