Sistemi per la raccolta delle acque piovane - Progettazione di opere per l'invarianza idraulica e idrologica - FAST | Federazione delle ...
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Corso di Aggiornamento Professionale
Progettazione di opere per l’invarianza idraulica e idrologica
Corso in streaming
9-10 Giugno 2020
Sistemi per la
raccolta delle acque piovane
Prof. Luca G. Lanza
Acqua e Ambiente Urbano
reti di approvvigionamento
drenaggio urbano idropotabile
sicurezza idraulica qualità dei
dei corsi d’acqua corpi idrici ricettori
controllo riuso e risparmio
degli scarichi dell’acqua
Acqua Città:
un rapporto sostenibile ?
“Soddisfacimento delle attuali
esigenze di sviluppo senza
compromettere la possibilità
delle generazioni future di
soddisfare le proprie esigenze”
(WCED, 1987)
Acque Meteoriche
L’Ambiente Urbano
Caratteristiche:
Concentrazione degli insediamenti antropici
Costruzione di aree impermeabili
Modifica del ciclo idrologico:
- riduzione tempo di concentrazione
- incremento del picco di piena
- aumento dei volumi di piena
- trasporto di sostanze inquinanti
Impatto sui corpi idrici ricettori
c
Drenaggio urbano sostenibile
Approccio tradizionale (conveyance)
Raccolta, rapido allontanamento e smaltimento
Cunette Caditoie Tubazioni Scarichi
Approccio conservativo (storage)
Convogliamento e temporaneo immagazzinamento
Vasche di laminazione e di prima pioggia
> 1980
> 1990
Approccio sostenibile (local management)
Controllo della formazione del deflusso superficiale
Sistemi di infiltrazione e sub-dispersione – Aree verdi
Analysis of EUROCITIES
Water Survey 2008
Key WATER QUALITY issues:
what are the 4 key water quality issues in your city ?
Key WATER QUANTITY issues :
what are the 4 key water quantity issues in your city ?
Top four issues mentioned:
1. Drinking water supply and water consumption
2. Flooding from sewage and storm water runoff
3. Flooding and flood control (surface waters)
4. High ground water levels
What for the future ? Measures mentioned 1. Changing/adaptation of sewage system (e.g. from combined to separate sewers) (16%) 2. Retention (for both drought and flooding) (13%) 3. Extension of storm water capacity (11%) 4. Re-use of rain and sewage water (6%) 5. Infiltration of rain water (6%) 6. Efficiency of water distribution (including leakages) (5%) 7. Flood protection measures (5%) 8. Creation of floodplains (4%) 9. Drinking water saving (3%)
Water management and spatial planning :
Is there an interaction between the urban water management
and spatial planning and building design ?
If so, how does it show ?
Building design (32%)
Issues mentioned
1. The use of rainwater (both industrial and household use) (25%)
2. Infiltration of rainwater (21%)
3. Green roofs (18%)
4. Regulations on how rainwater and waste water is taken care of (9%)
5. Water saving devices in households (6%)
6. Other issues (21%)
Other issues: permeable surfaces, no connection of surface drainage to sewers, control of drinking water
consumption, rules for minimum floor construction levels, storm water treatment in buildings, connection of urban
planning and water management, advice (on sanitation, rainwater use, infiltration et cetera)
Water management and spatial planning :
Is there an interaction between the urban water management
and spatial planning and building design ?
If so, how does it show ?
Spatial planning (68%)
Issues mentioned
Space for water in (new) areas, more
blue/green spaces (21%)
2. (Re)opening of watercourses (19%)
3. More green areas/parks in the city (13%)
4. Restrictions on land use (9%)
In spatial planning processes restrictions are made for developments in e.g. flood areas
5. Space for water retention (7%)
6. Re-use of (rain)water (7%)
7. Infiltration of water from e.g. pavements (4%)
8. Management of water quality an the ecological functions (3%)
9. Preservation of groundwater for drinking water (3%)
10. Space for recreation including accessibility to coastal waters and swimming areas (3%)
11. Irrigation networks in combination with spatial planning (3%)
12. Other issues (8%) ritenere gli eventi più frequenti
detenere gli eventi significativi
convogliare gli eventi estremi
From: Kim Stephens (2002), Stormwater Planning: A Guidebook for British ColumbiaControllo delle acque meteoriche in ambiente urbano …
Volume di laminazione per il
controllo delle piene
Quantità
Portata
• Controllo delle piene
• Capacità di smaltimento dei
sistemi di drenaggio urbano
Volume di captazione per il • Riduzione carico idraulico
controllo della qualità (sfioratori, scolmatori)
Qualità
Tempo
• Trattamento acque di
prima pioggia
• Salvaguardia corpi
idrici ricettoriBenefici del RECUPERO delle acque meteoriche
•Fonti di approvvigionamento di elevato
pregio
•Fino al 50% di acqua potabile
•Energia
•Efficienza reti drenaggio esistenti
•Gestione degli scarichi di origine
meteoricaUSO dell’acqua di RECUPERO
Uso INDOOR Distribuzione USO ACQUA in abitazione
Flussaggio WC
Alimentazione impianti
condizionamento
Pulizia superfici
Bortone, 2001
Pre-lavaggio lavatrice
Uso OUTDOOR
Irrigazione verde privato;
Irrigazione verde pubblico (aiuole, parchi etc.), campi sportivi;
Lavaggio autoveicoli;
Alimentazione caldaie;
Uso antincendio;
Usi industriali;USO dell’acqua di RECUPERO
•≈30% della dotazione giornaliera
•Costante su base giornaliera
•Lavaggio panni (costante su base
settimanale)
•sistema di condizionamento 0.06 l/m2
(richiesta stagionale)
•Valori annuali 150-400 l
•Variazione stagionale
http://www.artecambiente.itDeterminazione della RICHIESTA IDRICA
Valori di richiesta idrica in
funzione dei diversi usi, in UK:
Valori di richiesta idrica in
funzione dei diversi usi,
Sidney Australia:Determinazione della RICHIESTA IDRICA
Valori di richiesta idrica in funzione dei diversi usi
Norma UNI/TS 11445:2012Determinazione della RICHIESTA IDRICA
CONSUMO SPECIFICO (m3/ha/g)
Densità
abitativa
Alta
300 – 600 3-18 9-24 12-36
ab/ha
Media
200 – 300 2-9 6-12 8-18
ab/ha
Bassa
100 – 200 1-6 3-8 4-12
ab/ha
10–30 30–40 40–60
l/(ab*g) l/(ab*g) Domanda di
l/(ab*g)
acqua da
Scarico WC WC+usi WC+usi riuso
esterni esterni+
pre-lavaggioL’impianto di raccolta, stoccaggio e recupero
INTERCETTAZIONE TOTALE
VANTAGGI
Maggiore efficienza di recupero
Afflusso meteorico
(anche per gli eventi meteorici di minore intensità)
Volume di immagazzinamento unico
SVANTAGGI
Deflusso dalle coperture
Possibile complessità
al riuso
Trattamento meccanico degli interventi di trattamento
acque nere SERBATOIO DI
RACCOLTA
(allo scarico)
Deflusso superficiale IN ALTERNATIVA:
Troppo pieno Deflusso superficiale
Valvola di non ritorno
Trattamento chimico-fisico
Portata di tempo seccoL’impianto di raccolta, stoccaggio e recupero
INTERCETTAZIONE PARZIALE
VANTAGGI
Migliore qualità dei deflussi
Afflusso meteorico
SVANTAGGI
Maggiore complessità
Deflusso dalle coperture degli interventi di trattamento
al riuso
Trattamento meccanico
acque nere SERBATOIO DI
RACCOLTA
(allo scarico)
Deflusso superficiale
Troppo pieno
Valvola di non ritorno
Trattamento
chimico-fisico Vasca di prima pioggiaTrattamento meccanico pre-stoccaggio Dispositivi di captazione e/o filtrazione
Trattamento meccanico pre-stoccaggio
Dispositivi sulla tubazione di raccolta
Per piccoli impianti:
allo stoccaggio
allo scaricoTrattamento meccanico pre-stoccaggio
Dispositivi nella rete di drenaggio
Per impianti di medie dimensioni:
acqua piovana grezza
allo stoccaggio
SEPARATORE CENTRIFUGOTrattamento meccanico pre-stoccaggio
Dispositivi nella rete di drenaggio
Per impianti di medie dimensioni:
allo stoccaggio
acqua piovana grezza
strato filtrante poroso
SEPARATORE/DECANTATORE +
FILTROTrattamento post-stoccaggio
Rimozione di:
filtri a sabbia (lenti)
filtri a carbone attivo
Filtrazione
filtri a cartuccia
SOLIDI
SOSPESI su membrana
Elettrocoagulazione + Filtrazione
SOSTANZA Biofiltrazione
ORGANICA
con cloro
Chimici
con ozono
MICRORGANISMI Trattamenti di
disinfezione u.v.
Fisici
membraneEsempio di sistema di recupero acque piovane
BERLINO – Lankwitz
Area urbana residenziale 11.770 m2
Coperture 63%
Cortili e marciapiedi 25%
Superfici soggette a traffico 12%
Separatore First Flush Utenti serviti:
Qualità effluente:
Tetti
Marciapiedi Alla rete di drenaggio 80 appartamenti
BOD < 5 mg/l + 6 negozi
Strade acque bianche
COD < 20 mg/l
per un totale di 200 persone
E. coli < limite di rilevabilità
Sedimentazione Irrigazione
Flussaggio w.c.
Trattamento biologico
Biofiltro U.V.
Serbatoio 190 m3 Sollevamento
Disinfezione Serbatoio 6 m3Esempio di sistema di recupero acque piovane
BERLINO – Lankwitz
Area urbana residenziale 11.770 m2Dimensionamento del serbatoio di stoccaggio
Metodi di DIMENSIONAMENTO
Modello di GESTIONE
- ottimizzare le prestazioni del sistema;
- utilizzato e consigliato per i grandi impianti
Metodi SEMPLIFICATI
- conseguire un prefissato livello prestazionale;
- rapido dimensionamento del sistema;
- utilizzato e consigliato per impianti di piccole-medie dimensioniModello di gestione del serbatoio
Stato del SERBATOIO
BILANCIO del SERBATOIO:
Volume
immagazzinato
Ingressi al SERBATOIO
Deflusso meteorico
(diretto e convogliato)
Uscite dal SERBATOIO
Volume evaporato
Volume infiltrato
Volume sfiorato
Volume erogato
Serbatoio coperto Fondo Serbatoio ImpermeabileModello di gestione del serbatoio
Deflusso meteorico
coeff. Afflusso
superficie collettata
precipitazione totale incidente
Una frazione iniziale del deflusso meteorico può NON essere
COLLETTATA tenendo conto del fenomeno del FIRST FLUSH:
- in funzione della tipologia di superficie;
- 0.4÷3 mm di precipitazione;Regola di gestione del serbatoio
Algoritmo YBS – Yield Before Spillage
Dt
Yt min
Vt 1 Qt
La valutazione del volume
erogato viene effettuata
incrementando il volume
presente nel serbatoio con
l’afflusso meteorico.
Vt 1 Qt Yt
Vt min
SRegola di gestione del serbatoio
Algoritmo YAS – Yield After Spillage
Dt
Yt min
Vt 1
La valutazione del volume
immagazzinato nel serbatoio
viene effettuata dopo
l’erogazione del volume
richiesto.
Vt 1 Qt Yt
Vt min
S Yt
Valutazione cautelativa del comportamento del serbatoio
indipendentemente dalla scala temporale adottataIndici prestazionali
La valutazione del soddisfacimento della domanda
può essere effettuata su base:
TEMPORALE oppure VOLUMETRICA
Indici TEMPORALI
R : Frazione di tempo in cui il serbatoio Re : Frazione di tempo in cui si ha il pieno
non è vuoto (Vu≠0) soddisfacimento della richiesta
m : Numero di giorni in cui il serbatoio (Yday = Dday)
non è vuoto n : Numero di giorni in cui il serbatoio
non soddisfa interamente la richiesta
N Numero di giorni totali del periodo di simulazioneIndici prestazionali
Indici VOLUMETRICI
EFFICIENZA
rapporto tra il volume meteorico erogato per
un assegnato intervallo di tempo N
(mensile, annuale, periodo di simulazione)
e la relativa dotazione richiesta
Indice di SFIORO
rapporto tra il volume meteorico sfiorato per
un assegnato intervallo di tempo N (mensile,
annuale, periodo di simulazione) e il deflusso
meteorico collettatoEsempio di calcolo del serbatoio di stoccaggio
Raccolta dalle Rt
sole coperture Qt
in quanto acque Dt
meteoriche di
migliore qualità
St
Vt
Ot
Riuso Yt
solo per At
WC
Dt = 1 giorno
Dt Vt 1 Qt Yt
Algoritmo YAS Yt min Vt min
Vt 1 S YtEsempio di calcolo del serbatoio di stoccaggio
Serie storiche di dati di precipitazione a scala giornaliera
GENOVA
stazione meteorol. Università di Genova
400
Precipitazione Mensile [mm]
148 anni di osservazione (1833-1980); GENOVA
FIRENZE
300
CATANIA
FIRENZE
Osservatorio Ximeniano 200
167 anni di osservazione (1813-1979);
100
CATANIA 0
stazione meteorol. di Bronte Gen Feb Mar Apr Mag Giu Lug Ago Set Ott Nov Dic
33 anni di osservazione (1951-1983);Esempio di calcolo del serbatoio di stoccaggio
Ai fini del dimensionamento del serbatoio si fa riferimento a 1000 m2 di superficie
di cui la porzione di coperture è pari a 250 m2
Tipologia di RICHIESTA IDRICA
- utilizzo delle acque meteoriche esclusivamente per il flussaggio dei WC
pari a 40 l/ab/g
- ai fini della determinazione della richiesta idrica si sono assunte le seguenti utenze:
CASO 1 4.4 ab 176 l/g
CASO 2 12 ab 480 l/g
CASO 3 26 ab 1040 l/g
Tipologia di SERBATOIO
- capacità del serbatoio variabile nel range S= 5÷400 m3;
- serbatoio coperto si trascura il contributo dell’evaporazione e la pioggia direttaEsempio di calcolo del serbatoio di stoccaggio
Efficienza ANNUALE
e.g. Firenze
1.0
1.0
Efficiency[-][-]
0.8
0.8
AnnualEfficiency
con N = 365(366) giorni
0.6
0.6
0.4
Annual
0.4
0.2 D/Q=0.40
CASO 1 FI
0.2 D/Q=1.08
CASO 2 FI
CASO 3 FI
D/Q=2.35
0.0
0.0
1 10 100
1 10 100
S [m33]
S [m ]
CASO 1 D = 0.176 m3/g
CASO 2 D = 0.480 m3/g
CASO 3 D = 1.040 m3/gEsempio di calcolo del serbatoio di stoccaggio
Efficienza ANNUALE
1.0
CASO 1 D=64 m3/anno
Efficiency [-]
0.8
CASO 2 D=175 m3/anno
CASO 3 D=380 m3/anno 0.6
GE
0.4 FI
GENOVA Q=320 m3/anno CT D = 0.48 m3/d
FIRENZE Q=201 m3/anno 0.2
CATANIA Q=148 m3/anno 1 10 100
3
S [m ]
1.0 1.0
D = 1.04 m3/d
Efficiency [-]
Efficiency [-]
0.8 0.8
0.6 0.6
GE GE
0.4 FI 0.4 FI
CT D = 0.176 m3/d CT
0.2 0.2
1 10 100 1 10 100
3 3
S [m ] S [m ]Indici adimensionali di prestazione
Rapporto di DOTAZIONE rapporto tra la dotazione richiesta ed il deflusso meteorico per
un assegnato intervallo di tempo (generalmente annuale);
< 1 si possono raggiungere Efficienze elevate anche con volumi di serbatoio modesti
D/Q = 1 variazioni significative dell’efficienza in funzione della dimensione del serbatoio
>1 efficienza modesta indipendentemente dalla dimensione del serbatoio
Il rapporto di dotazione è il parametro determinante in termini di efficienza del
serbatoio di recupero
Rapporto di rapporto tra la capacità del serbatoio ed il deflusso meteorico
IMMAGAZZINAMENTO per un assegnato intervallo di tempo (generalmente annuale);
< 0,01 Bilancio a scala oraria o sub-oraria
S/Q = 0,125 Bilancio a scala giornaliera
> 0,125 Bilancio a scala mensile
L’attendibilità del modello di gestione del serbatoio è garantita da adeguate scale
temporali per la valutazione dell’eq. di bilancio del serbatoioIndici adimensionali di prestazione
D D/Q [-]
Efficienza annuale media
[m3/g] Genova Firenze Catania 1.0
1.0
0.128 0.18 0.29 0.39 GE D/Q = 2.34
Efficienza [-]
0.8 FI D/Q = 2.35
Efficienza [-]
0.176 0.25 0.40 0.54 0.8
CT D/Q = 2.34
0.280 0.40 0.63 0.86 0.6
0.6
0.352 0.50 0.80 1.09 GE D/Q = 0.40
0.4 FI D/Q = 0.40
0.480 0.68 1.09 1.48 0.4
CT D/Q = 0.39
0.760 1.08 1.72 2.34
0.2 0.2
1.040 1.48 2.35 3.21 1 1 1010 100
100
1.640 2.34 3.71 5.06 3
Capacità del serbatotio - S [m ]
1.0 1.0
1.0 GE D/Q = 2.34
GE D/Q = 2.34 FI D/Q = 2.35
Efficienza [-]
Efficienza [-]
0.8 0.8
FI D/Q = 2.35 CT D/Q = 2.34
Efficienza [-]
0.8
CT D/Q = 2.34
0.6 0.6
0.6
GE D/Q = 1.08
0.4 FI D/Q = 1.08 0.4
0.4
CT D/Q = 1.09
0.2 0.2 0.2
1 1 1010 100
100 1 10 100
3 3
Capacità del serbatotio - S [m ] Capacità del serbatotio - S [m ]Normativa tecnica in vigore
UNI/TS 11445:2012
24 maggio 2012
Impianti per la raccolta e utilizzo dell'acqua piovana per usi diversi dal
consumo umano - Progettazione, installazione e manutenzione
La specifica tecnica definisce i requisiti generali per la progettazione, la realizzazione,
l’esercizio e la manutenzione, degli impianti destinati al recupero dell’acqua piovana per
usi diversi dal consumo umano, in ambito residenziale e similare.
La specifica tecnica si applica agli impianti di recupero dell’acqua piovana per usi
domestici diversi dal consumo umano, purché dotati di rete di distribuzione interna
separata dalla rete di distribuzione dell’acqua destinata all’uso umano.
L’acqua piovana cui si fa riferimento può essere raccolta e riutilizzata per l’irrigazione dei
giardini, lo scarico cassette WC, gli impianti di lavaggio delle superfici di pertinenza, e
altri usi non potabili consentiti dalla legislazione vigente.Il metodo semplificato
Suggerito dalla Norma UNI/TS 11445:2012
Rapido Dimensionamento rapido per conseguire livello prestazionale pre-definito;
Impianti piccoli Dimensionamento di sistemi per abitazioni mono e plurifamiliari
Ipotesi semplificative:
1. richiesta di acqua caratterizzata da consumi uniformi nel corso dell’anno (D=COST);
2. tipologia prevalente delle superfici di raccolta: copertura;
3. serbatoio chiuso in modo da evitare perdite d’acqua per evaporazione.
S = min(Q, D) • 0,06
S Volume utile del serbatoio;
Q Afflusso meteorico annuo (Q = f*A*R);
D Richiesta annua di acqua non potabile;
0.06 Coefficiente necessario per conseguire un livello di prestazione prefissato
(Efficienza pari al 80% della massima raggiungibile)
Volume ottimale V0 del serbatoio,che consente di massimizzare le prestazioni dell’impianto:
V0 = S * 1.5
coeff. stimato tenendo conto della variabilità pluviometrica locale e delle diverse modalità di utilizzoIl metodo semplificato
8000
4 abitanti
6000
P > 1500
Volume utile [l]
1200
4000 900
500
2000 350
0
50 100 150 200 250
Area Copertura [m2]
= 0,7
D = 50 l/ab/giorno
P [mm] = precipitazione media annuaIl metodo semplificato
... nelle altre normative europee:
Regno Unito - BS 8515:2009 S = minimo di (Q o D) • 0,05
Germania - DIN 1989-1 S = minimo di (Q o D) • 0,06
Il clima in Europa secondo Koppen Geiger!: Il coefficiente moltiplicativo
deriva da ragioni climatiche,
dagli specifici regimi
pluviometrici che si
riscontrano in Inghilterra o
Germania.
Cfa Clima Temperato Continentale
Csa Clima Temperato Mediterrano
Dfb Clima Temperato Freddo
BSK Clima Arido “Freddo”
Cfb Clima Temperato OceanicoPuoi anche leggere
