Analisi e gestione delle acque di dilavamento stradale

Laura Peruzzi(2) Attilio Petrillo(1) Patrizia Bellucci(2) ambiente&territorio

ANALISI E GESTIONE

DELLE ACQUE DI DILAVAMENTO STRADALE

IL PROGETTO ANAS ACQUEDISTRADA: TRA STATO DELL’ARTE E PROSPETTIVE DI SVILUPPO

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]. 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,

1. Schema concettuale delle fonti, natura/tipologia e processi fisici, chimici e biologici che caratterizzano i contaminanti presenti nelle AMDS (fonte: [9])

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le caratteristiche climatiche della zona. Va inoltre considerata la natura stocastica ed 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.

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. 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, 2. La rappresentazione schematica del quadro normativo sul tema delle acque meteoriche eventualmente allestiti con idoneo materiale

ACQUE METEORICHE

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

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) 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.

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) 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 4. Il diagramma di flusso del Tool HAWRAT di valutazione dei rischi sviluppato dalla i volumi di scarico al corpo ricettore finale. Highways England (fonte: [12]) In Italia, l’approccio adottato differisce da

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

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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.).

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. Per 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 descritti in [13]. 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 [14] 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, dieci in Europa, quattro in Asia e due in Australia). Adottando un approccio simile, nel progetto PROPER [15] 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. 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 Centro-meridionale. 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)

6. Fasi, variabili e obiettivi di un piano di monitoraggio delle AMDS (fonte: [16])

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. Il fenomeno di first flush (dilavamento ad opera delle acque di prima pioggia), comunemente preso a riferimento nella progettazione dei sistemi di trattamento [17], 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 [18], 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 METEORICHE

7. La struttura della fase 1 del progetto AcqueDiStrada

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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 qualiquantitative 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 ed 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

8. Il tratto della S.S. 675 Umbro-Laziale, oggetto di monitoraggio delle AMDS 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. n (1) Ingegnere della Direzione Progettazione e Realizzazione Lavori di ANAS SpA (2) Ingegneria della Direzione Ingegneria e Verifiche dell’Unità Ricerca e Sviluppo di ANAS SpA

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