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Analisi e gestione delle acque di dilavamento stradale – seconda parte

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

sfondo mita

La prima 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-prima-parte/.

Le attività sperimentali per la caratterizzazione delle AMDS

La completa comprensione dei processi di dilavamento stradale ad opera delle acque meteoriche passa necessariamente attraverso la conoscenza e l’analisi delle caratteristiche qualitative e quantitative delle acque dilavanti. In questo senso, parametri quali portata (l/s) e concentrazione media d’evento (mg/l) e carico totale (mg) dei vari contaminanti sono di primaria importanza per valutare le possibili ripercussioni ambientali causate dalle AMDS.

Al fine di incrementare il livello di conoscenza sulle caratteristiche delle AMDS e, in taluni casi, di valutare l’efficacia dei sistemi per il loro trattamento, negli ultimi anni sono stati effettuati diversi studi sperimentali volti al monitoraggio e all’analisi delle AMDS.

Questi studi sono stati condotti soprattutto in USA, Europa centro-settentrionale e Asia. In Italia sono state intraprese alcune indagini sperimentali a cura delle società ASPI (sulla A13), SATAP (sulla tratta Torino – Novara Est della A4) e CAV (sul Passante di Mestre).

Lavori meno recenti sono sommariamente descritte in [1]. Tuttavia, occorre sottolineare che le attività di monitoraggio intraprese sul territorio nazionale non rientrano in un quadro organico di comprensione del fenomeno e spesso sono state eseguite a seguito di specifiche richieste da parte degli Enti competenti.

Al fine di sistematizzare le informazioni derivanti dai più autorevoli studi intrapresi sul tema delle AMDS, nel 2012 [2] sono stati raccolti dati e analizzato i risultati di attività di monitoraggio eseguite su 29 tratte stradali extra-urbane e autostrade situate in varie parti del mondo (13 in Usa, 10 in Europa, quattro in Asia e due in Australia).

Adottando un approccio simile, nel progetto PROPER [3] sono stati successivamente revisionati i lavori (articoli scientifici e report) più recenti (dal 2000 ad oggi) sul medesimo tema.

I lavori raccolti nel progetto PROPER si riferiscono a indagini sperimentali effettuate prevalentemente nell’Europa Centrosettentrionale (UK, Francia, Slovenia, Repubblica Ceca, Paesi Bassi, Svizzera, Germania) e in Portogallo.

AMDS
1. Il tratto della S.S. 675 Umbro-Laziale, oggetto di monitoraggio delle AMDS

L’analisi di questi lavori aveva lo scopo di:

  • identificare i principali contaminanti e i range di concentrazione e carico inquinante delle AMDS campionate nei vari contesti geografici di studio;
  • individuare natura, legami e correlazioni esistenti tra i diversi contaminanti;
  • migliorare il livello di conoscenza in merito all’interrelazione tra presenza/natura dei contaminanti e specifiche caratteristiche del sito (e.g., clima) e della strada (e.g., volume di traffico).

Questo studio ha evidenziato una serie di rilievi che vengono qui riportati.

Dal punto di vista metodologico, la maggior parte degli studi condotti prevedeva l’utilizzo di un set di misura standard, composto da un pluviometro, un misuratore di portata (diretto o indiretto) e un sistema di campionamento (automatico o manuale) delle acque durante le precipitazioni. Anche i principi alla base delle misurazione e analisi dei dati sono risultati abbastanza similari.

L’analisi comparativa dei risultati ottenuti dai diversi studi ha evidenziato, a livello geografico, una significativa variabilità delle concentrazioni e dei carichi dei contaminanti, sia a livello continentale, che intercontinentale. In particolare, è stata rilevata una scarsa presenza di studi sistematici nell’Europa Centromeridionale.

La ricerca e l’analisi dei contaminanti si è molto spesso focalizzata sui solidi sospesi totali (SST) e su alcuni metalli pesanti (in particolare, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb e Zn).

Solo raramente, invece, gli Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA) figurano tra i parametri ricercati. Ad ogni modo, laddove oggetto di analisi, i risultati sembrerebbero indicare che le concentrazioni più elevate degli IPA si osservano nelle aree caratterizzate dai climi più freddi e ridotto irraggiamento solare.

I metalli pesanti si presentano molto spesso associati al particolato, anche se, non di rado, alcuni di essi (in particolare Cu, Ni, Zn) e il fosforo si ritrovano anche (e talora prevalentemente) in forma disciolta. Questi risultati evidenzierebbero dunque l’importanza di provvedere alla rimozione dei contaminanti che si trovano in forma disciolta (obiettivo difficile da ottenere attraverso i sistemi di trattamento delle AMDS più comunemente adottati).

Il confronto tra i risultati ottenuti dai diversi studi indica una buona correlazione tra parametri aggregati quali SST, SDT, TOC e Fe, con altri 13 costituenti e parametri di qualità delle acque (torbidità, O&G, TPH, DOC, TKN, EC, Cl, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn).

Laddove confermati e suffragati da ulteriori dati analitici, tali correlazioni consentirebbero, attraverso il monitoraggio di un numero contenuto di parametri, una buona stima delle concentrazioni di molteplici inquinanti. 

Gap conoscitivi e prospettive di ricerca e di sviluppo

L’analisi dello stato dell’arte evidenzia gli enormi progressi che negli ultimi 20-30 anni sono stati compiuti sul tema della caratterizzazione e gestione delle AMDS.

D’altra parte, dallo stato dell’arte emerge anche la necessità di dover ulteriormente approfondire e investigare alcuni aspetti relativi ai meccanismi di runoff e first flush, alle proprietà fisiche, chimiche e biologiche dei contaminanti presenti nelle AMDS e, dunque, alla scelta dei processi/sistemi più efficienti per il trattamento delle AMDS nei differenti ambiti di applicazione.

Monitoraggio
2. Fasi, variabili e obiettivi di un piano di monitoraggio delle AMDS

Il fenomeno di first flush (dilavamento ad opera delle acque di prima pioggia), comunemente preso a riferimento nella progettazione dei sistemi di trattamento [4], risulta, di fatto, non ancora pienamente compreso e schematizzabile da un punto di vista analitico e modellistico.

Nella pratica, infatti, è alquanto difficile definire se e in che misura si manifesti l’effetto di first flush [5], essendo quest’ultimo una funzione non solo delle caratteristiche delle precipitazioni, ma anche del periodo asciutto antecedente, delle caratteristiche morfologiche e del sistema di drenaggio stradale.

In assenza di dati consolidati, ottenibili attraverso mirate attività sperimentali, è difficile pensare di poter migliorare il livello di conoscenza dell’effetto di first flush.

La classificazione dei contaminanti, quando questa è funzionale alla scelta dei più idonei processi/sistemi di trattamento delle AMDS, andrebbe effettuata in funzione delle proprietà fisiche, chimiche e biologiche delle sostanze contaminanti presenti nelle acque dilavate.

I piani di monitoraggio delle AMDS dovrebbero dunque non soltanto focalizzarsi sulla individuazione e la stima delle concentrazioni dei contaminanti presenti, ma anche sulla caratterizzazione fisica, chimica e biologica degli stessi contaminanti (e.g., fase disciolta verso particolato, biodegradabilità, potenziale di bioaccumulo, ecc.).

Infine, l’analisi della letteratura e del contesto legislativo nazionale ha evidenziato un certo divario tra l’Italia e alcuni Paesi della UE in merito all’adozione di un approccio gestionale delle AMDS basato sull’analisi dei rischi, che consenta di bilanciare opportunamente costi e benefici derivanti dall’impiego di sistemi di trattamento delle acque e di tenere in debita considerazione la natura stocastica dei fenomeni connessi con il processo del dilavamento stradale ad opera delle acque meteoriche.

Il Progetto ANAS AcqueDiStrada, brevemente descritto nel successivo paragrafo, mira dunque a recuperare le informazioni occorrenti per colmare i gap conoscitivi che limitano la corretta e oculata adozione dei sistemi di trattamento delle AMDS. 

Il progetto AcqueDiStrada

AcqueDiStrada, acronimo di “Analisi e gestione delle Acque Meteoriche di Dilavamento Stradale”, è un progetto di ricerca ANAS, svolto in collaborazione con Enti di Ricerca e l’ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale), che ha per oggetto la valutazione dell’efficacia ed efficienza dei sistemi di trattamento delle acque di dilavamento stradale ad oggi adottati sulla rete ANAS e la ricerca di sistemi alternativi e/o innovativi, che consentano all’Azienda di migliorare le performance di protezione ambientale, a fronte di una gestione economicamente sostenibile e compatibile con i propri standard manutentivi.

AcqueDiStrada mira quindi a chiarire in quali casi e sotto quali condizioni sia realmente necessario trattare le AMDS in contesti di strade extraurbane, ai fini del raggiungimento e mantenimento degli obiettivi di qualità ambientale, individuando le tecnologie e le migliori pratiche da adottare.

A tal fine, il progetto mira a supportare il Progettista e il Gestore di strade nella scelta del sistema più idoneo al trattamento delle acque (inclusa la possibilità di non inserire alcun sistema di trattamento) attraverso la definizione di una metodologia integrata che tenga in considerazione i costi di realizzazione e gestione, la reale efficacia ai fini del raggiungimento dei target ambientali e le criticità che l’adozione di questi sistemi può talora generare nelle fasi di costruzione, esercizio e manutenzione.

Risultato principale del progetto sarà la predisposizione – di concerto con Enti nazionali ed Agenzie regionali per la tutela dell’ambiente – di una Linea Guida a livello nazionale sulla progettazione, realizzazione, gestione e manutenzione di sistemi sostenibili per il trattamento delle AMDS.

Acque di dilavamento
3. La struttura della fase 1 del progetto AcqueDiStrada

Le tre fasi dell’idea progettuale

L’idea progettuale si sviluppa in tre fasi:

  • la fase 1, articolata nei sei pacchetti di lavoro mostrati in Figura 7, avrà la durata di due anni e sarà incentrata sull’analisi dello stato dell’arte e sulla messa a punto, implementazione e calibrazione di un sistema di monitoraggio delle AMDS in ingresso/uscita da un sistema di trattamento ubicato sulla S.S. 675 che collega Orte (VT) a Civitavecchia (RM). In particolare, questa prima fase mira a ricostruire, analizzare e organizzare le conoscenze presenti sul tema delle AMDS in contesti di strade extraurbane e le modalità di gestione delle stesse nei diversi ambiti di applicazione. Il monitoraggio e la caratterizzazione della quantità e qualità delle acque di runoff in ingresso e in uscita dal sistema di trattamento permetterà di valutarne l’efficacia ed efficienza, correlando le caratteristiche quali-quantitative delle acque da trattare con le variabili meteorologiche (intensità e volume di pioggia, periodo di tempo asciutto antecedente l’evento, ecc.);
  • nella successiva fase 2, il sistema di monitoraggio così testato e affinato sarà implementato su diverse tratte stradali della rete infrastrutturale ANAS servite da sistemi di trattamento delle AMDS, e contraddistinte da una certa eterogeneità in termini di condizioni meteo-climatiche ed ambientali del territorio attraversato, tipologia e caratteristiche della strada, volume e caratteristiche del traffico veicolare, ecc. al fine di determinare l’influenza dei vari parametri nel funzionamento del sistema;
  • infine, nella terza fase del progetto saranno sperimentate soluzioni migliorative e/o alternative (eventualmente innovative) per il trattamento delle AMDS, da implementare e testare preventivamente in laboratorio e successivamente in campo su tratte stradali di nuova costruzione, volte all’efficientamento del sistema da un punto di vista prestazionale e gestionale.

Bibliografia

[1]. S. Papiri, S. Todeschini – “Qualità e controllo delle acque di dilavamento di infrastrutture viarie”, in “Acque di prima pioggia: insediamenti produttivi e infrastrutture”, atti della giornata di studio (Genova, 26 Novembre 2004). Centro Studi Idraulica Urbana, Genova. 2004.

[2]. M. Kayhanian, B. Fruchtman, J. Gulliver, C. Montanaro, E. Ranieri, S. Wuertz – “Review of highway runoff characteristics: comparative analysis and universal implications”, Water Research, 46, 6609-6624, 2012.

[3]. http://proper-cedr.eu/index.html.

[4]. G. Sauli, P. Villani – “Vasche di prima pioggia – La raccolta e il controllo delle acque inquinate in ambito stradale realizzate con sistemi combinati in corpi terrosi vegetali”, “Strade & Autostrade” n° 110 Marzo/Aprile 2015.

[5]. M. Metadier, J.L. Bertrand-Krajewski – “The use of long-term on-line turbidity measurements for the calculation of urban stormwater pollutant concentrations, loads, pollutographs and intra-event fluxes”, Water Research 46(20, SI):6836-6856, 2012.

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