Alcuni giorni fa è stato ipotizzato un possibile collegamento fra infettività da Coronavirus ed espansione del vapore acqueo contenuto nell’aria espirata (vedi ). La nota si conclude introducendo il parametro CM (coefficiente di amplificazione con cui ricavare il volume di aria interessato da carica virale in ragione del fenomeno di diffusione del vapore acqueo presente nel respiro).
Presentiamo ora una valutazione dell’influenza del parametro CM nell’infezione da Coronavirus avvenuta nella Provincia di Bergamo dai primi giorni di Febbraio fino al 18 Marzo 2020.
Figura 1
Dalla Figura 1 si ottiene l’andamento complessivo di contagi, giorno per giorno, per la Provincia di Bergamo (vedi sito con dati). Dal sito sono stati estratti i numeri progressivi di casi dal 25/02/20 al giorno 18/03/20. Ricordiamo che il Primo Ministro italiano il 09/03/20 mise la firma su di un Decreto del Presidente del Consiglio dei Ministri (DPCM) recante misure per il contenimento ed il contrasto al diffondersi del Covid-19 sull’intero territorio nazionale. Con medesimo DPCM venne vietata ogni forma di assembramento di persone in luoghi pubblici o aperti al pubblico. Tali disposizioni produssero concreto effetto dal 10/03/20. Per tener conto delle infezioni accadute fino al 10/03/20 nella presente nota si considerano i dati di Coronavirus accertati nella Provincia di Bergamo fino al 18/03/20 (per tener conto del ritardo intercorrente fra momento dell’infezione e insorgere del Covid-19).
Da questo sito vengono derivati gli andamenti di umidità relativa e delle temperature minime e massime nei mesi di Febbraio e Marzo 2020 in relazione alla stazione meteo dell’aeroporto di Bergamo – Orio al Serio. Le Figure 2 e 3 visualizzano l’andamento dei valori di umidità relativa; le Figure 4 e 5 visualizzano l’andamento dei valori di temperatura minima e massima.
Figura 2
Figura 3
Figura 4
Figura 5
Con riferimento alle Figure 4 e 5, operando una media fra la massima e la minima, si ottiene per ogni giorno il valore rappresentativo della temperatura. Utilizzando la Tabella visualizzata nella Figura 5 presente nella nota Umidità, Temperatura e Coronavirus (vedi) vengono determinati nel periodo fra il giorno 11/02/20 e il giorno 18/03/20 i valori CM ovvero i valori dei coefficienti amplificativi del volume espirato interessato da carica virale caratteristici di ogni giorno considerato (vedi Figura 6). Nel periodo di interesse il valore CM varia da un minimo di 3,5 ad un massimo di 20,2.
Figura 6
Per ottenere una stima del ritardo temporale medio fra momento dell’infezione (giorno con dato valore CM) e momento della registrazione del caso acclarato di Coronavirus viene operata una regressione a mezzo funzione polinomiale di quarto grado fra andamento cumulato dei valori CM e andamento cumulato del numero di casi giornalieri acclarati. In particolare vengono eseguite 5 regressioni ipotizzando che i valori CM risultino sfasati in avanti rispettivamente di 2, 4, 6, 8 e 10 giorni; in tal modo si cerca di eliminare la differenza temporale fra i due momenti citati (tempo che intercorre tra l’infezione e la scoperta della positività). Nel caso di sfasamento 2 giorni ciò vuol dire, ad esempio, considerare l’andamento cumulato dei valori CM dal 23/02 al 16/03 “sovrapposti” all’andamento dei casi registrati di Coronavirus dal 25/03 al 18/03.
Figura 7
Nella Figura 7, relativa allo “sfasamento “ di 2 giorni, in ordinata Y rappresenta il numero progressivo di casi di Coronavirus e in ascissa X indica il numero progressivo cumulato di valori CM. Per ognuna delle 5 situazioni considerate sono stati quindi valutati i valori di R2 (coefficiente di determinazione = stima della varianza della variabile dipendente essendo la variabile dipendente corrispondente al numero di casi cumulati di Coronavirus) e di SSE (devianza spiegata dal modello):
Tenendo conto dei sopra citati risultati statistici si ritiene attendibile il ritardo medio di 4giorni fra il tempo dell’infezione e il tempo della scoperta della positività (sfasamento con valore R2 maggiore). Tale ritardo medio di seguito si assume pari a 5 (viene cioè aumentato di una ulteriore unità) per tener conto del presumibile ulteriore sfasamento temporale che intercorre fra ogni prelievo di tampone e processamento dello stesso.
Figura 8
Sfasando l’andamento dei valori CM progressivi cumulati di 5 giorni si ottiene la “corretta” sovrapposizione fra grafici come evidenziato in Figura 8. La successiva Figura 9 ripropone un ingrandimento di parte del grafico di Figura 8.
Figura 9
La Figura 9 sembra evidenziare come l’andamento dei picchi dei valori CM nei giorni dal 19/2 al 23/2 (caso 1) hanno in qualche modo influito sull’andamento del numero dei casi di Coronavirus dal 25/02 al 28/02 e come l’andamento dei picchi dei valori CM nei giorni da 27/02 a 29/02 (caso 2) allo stesso modo hanno influito sui casi Covid-19 registrati dal giorno 03/03 al giorno 07/03.
Nella piccola elaborazione eseguita non si è tenuto conto dell’effetto legato al parametro R0 (numero medio di infezioni secondarie prodotte da ciascun individuo infetto) ma in ogni caso sembra che CM abbia una influenza non trascurabile sul decorso della numerosità di casi registrati almeno con riferimento ai dati analizzati riferibili ai primi giorni della pandemia.
Alcune serie di misurazioni (ad esempio, anelli di alberi o strati di nucleo di ghiaccio) che si ritiene influenzate dal cambiamento delle temperature locali nel corso degli anni si indicano come proxy di temperatura. Poiché la maggior parte delle registrazioni meteorologiche è iniziata solo da qualche decenni gli studiosi (paleoclimatologi) tentano di stimare le temperature dell’era precedente all’inizio delle misure meteorologiche usando questi proxy.
Misura di quanto sia acida o basica una soluzione. La scala del pH è una scala logaritmica, quindi ad un aumento o diminuzione di 1 unità corrisponde ad un aumento o diminuzione di magnitudo 10. Matematicamente, rappresenta -log [H+], dove [H+] è la concentrazione di ioni idrogeno ( “acido”) nella soluzione (in moli per litro). Un pH pari a 0 corrisponde ad un acido puro, mentre un pH pari a 14 corrisponde ad una base pura. La riduzione del pH di una soluzione la rende più acida, l’aumento del pH la rende più basica. Gli alcali sono uno dei principali tipi di base, quindi talvolta una soluzione di base viene definita soluzione alcalina e l’aumento del pH di una soluzione viene definito come alcalina. Le soluzioni neutre (come l’acqua distillata) hanno un pH pari a 7. Il pH medio degli oceani tende ad essere leggermente alcalino (pH = 7,5-8,5).
Teoria secondo la quale l’aumento delle concentrazioni atmosferiche di anidride carbonica (CO2) porta anche a una leggera riduzione del pH medio degli oceani.
Il cambiamento climatico causato dall’uomo è una forma di cambiamento climatico attribuito all’attività umana. Possibili esempi potrebbero essere l’alterazione del sistema idrologico locale, l’irrigazione del terreno o l’impianto di diverse colture, le isole di calore urbano.
I gas a effetto serra sono gas che assorbono ed emettono radiazioni nella regione ad infrarossi (IR). Alcuni gas atmosferici in traccia lo fanno. Il più abbondante di questi è il vapore acqueo (H2O); a seguire abbiamo anidride carbonica (CO2), metano (CH4) e ozono (O3). La teoria dell’effetto serra, base della teoria del riscaldamento globale artificale, ipotizza che le temperature atmosferiche siano fortemente influenzate dalle concentrazioni e dai comportamenti dei gas serra.
Il primo a studiare i gas serra fu John Tyndall nel 1859 per misurare come le frequenze delle radiazioni elettromagnetiche vengono influenzate da alcuni gas atmosferici. Tyndall scoprì che alcuni gas, in particolare il vapore acqueo, interferiscono con la trasmissione della radiazione infrarossa dalla superficie allo spazio impedendo al suolo di raffreddarsi troppo durante la notte. Questo il motivo principale per cui la Terra rimane sufficientemente calda da sostenere una vita diversificata e complessa.
L’atmosfera terrestre è idealmente un grosso motore che trasforma il calore del Sole (combustibile) in lavoro destinato a sviluppare venti, intemperie e dinamiche oceaniche. I gas serra sono idealmente un vero e proprio scambiatore che permette al motore (ovvero alla stessa atmosfera) di scaricare il calore di scarto nello spazio esterno. I gas serra evitano quindi il surriscaldamento dell’atmosfera e del suolo terrestre.
INTEGRAZIONE 12/01/2024 => I gas serra sono prodotti sostanzialmente da due grandi meccanismi dominanti: A) il riscaldamento solare degli oceani e da B) ciclo del carbonio. A grandi linee il sole fornisce mediamente 340 W/m2 alla Terra; il valore 340 si riduce a 240 W/m2 tenendo conto dell’albedo o riflettività terrestre. Affinchè il sistema terra risulti in equilibrio energetico questi 240 W/m2 alla fine devono essere irradiati nuovamente nello spazio provenendo dalla superficie e ripassando per un certo livello di atmosfera. Se l’atmosfera non contenesse gas serra la superficie terrestre irradierebbe nuovamente questi 240 W/m2 e la stessa temperatura media della superficie si attesterebbe intorno a -18°C. Ma con i gas serra, e con l’aumento dei gas serra, questa irradiazione di ritorno verso lo spazio risulta limitata o compromessa. Ciò riscalda la superficie e contestualmente aumenta le emissioni dalla stessa in quanto una superficie più calda emette più radiazioni. Per rispettare il bilancio energetico nessun sistema può emettere più di quanto riceve e quindi l’altezza media di reimmissione nello spazio deve aumentare nell’atmosfera fino ad una quota baricentrica in cui 240 W/m2 vengono nuovamente irradiati nello spazio. Questo processo si è sviluppato sulla Terra fino alla configurazione attuale. La superficie è ora mediamente a +15°C e irradia a circa 390 W/m2; poichè l’atmosfera si raffredda man mano che si sale troviamo un punto in cui la corrispondente media teorica della temperatura è -18°C e l’irragiamento verso lo spazio si attesta sui sopracitati 240 W/m2. Il sistema terrestre è in tal modo di nuovo in equilibrio. Questa corrispondente altezza ideale è indicata come altezza di emissione e attualmente si attesta a circa 5.000 m di altezza (in realtà risulta più alta ai tropici e più bassa ai poli).
I gas serra sono quindi responsabili del riscaldamento di 33°C (15°C meno -18°C) osservato sulla superficie terrestre. Questo effetto serra è attualmente costituito per circa il 20% da CO2 e altri gas serra minori e per l’80% da vapore acqueo (WV) e nubi. Il contributo dell’80% dei gas serra del WV e delle nuvole è quasi totalmente causato dai 240 W/M 2 del sole . I 3,7 W/M 2 aggiunti dal raddoppio della CO2 fanno pochissima differenza sul WV dell’atmosfera e sul contenuto delle nuvole, per ovvie ragioni.
La CO2 ha anche un problema di efficacia quando si parla di riscaldamento degli oceani. L’acqua è opaca alle lunghezze d’onda riemesse dalla CO2 mentre l’energia solare viene assorbita in modo efficiente. È del tutto possibile che ciò riduca ulteriormente l’effetto della CO2 sul WV, sebbene ciò sia difficile da quantificare poiché l’energia della CO2 viene restituita immediatamente all’atmosfera sia sotto forma di radiazione che di calore latente.
Vedi rif. 2 per un riepilogo delle varie stime del feedback WV.
Non sorprende quindi che negli ultimi anni non sia stato rilevato alcun aumento del contenuto di WV atmosferico, nonostante le concentrazioni di CO2 siano passate da 280 ppm a 410 ppm a causa in gran parte dell’attività umana.
Teoria secondo la quale le temperature atmosferiche sono prevalentemente controllate da processi radiativi e quindi fortemente influenzabili dalle concentrazioni relative dei vari gas serra. L’effetto serra costituisce la base per la teoria del riscaldamento globale artificiale ed è un componente importante negli attuali modelli numerici del clima.
La luce solare penetra l’atmosfera e scalda la superficie terrestre; l’energia restituita all’atmosfera dalla superficie sotto forma di raggi infrarossi non può sfuggire completamente verso lo spazio poiché l’aria ne assorbe in parte sotto forma di calore. L’aria così riscaldata irradia una parte dell’energia di nuovo verso la superficie in tal modo garantendo la stabilità di determinati valori di temperatura (effetto serra). Alcuni gas nell’atmosfera sono responsabili dell’intrappolamento del calore dei raggi solari.
Il gas serra più importante è il vapore acqueo, poi va ricordato il biossido di carbonio, quest’ultimo molto importante sebbene l’atmosfera ne contenga poche parti per milione. Nel 1896 Arrhenius stimò che una riduzione a metà della quantità di CO2 in atmosfera avrebbe potuto abbassare la temperatura di circa 4-5°C, arrivando alle temperature medie caratteristiche dell’era glaciale. Un suo collega (Arvid Högbom) calcolò la quantità di CO2 emessa dalle attività umane constatando un aggiunta di CO2 in atmosfera ad un ritmo paragonabile a quello dei processi naturali (le emissioni stimate aumentavano la concentrazioni di CO2 di una parte su mille ma Högbom riteneva importante l’incremento se il processo di emissione fosse continuato sufficientemente a lungo…). In futuro quindi la variazione di CO2 avrebbe potuto portare non ad un calo da raffreddamento ma ad un incremento della temperatura. Arrhenius calcolò, per un raddoppio della CO2 in atmosfera, un aumento della temperatura superficiale di circa 5-6°C.
Gli oceani però contribuiscono diminuendo l’aumento; l’acqua di mare assorbirebbe i 5/6 di ogni incremento di gas. A quel tempo l’azione dell’acqua di mare venne ipotizzata su un periodo di migliaia di anni ma non era chiara l’azione dell’acqua di mare qualora la CO2 fosse stata immessa più rapidamente.
L’ipotesi di Arrhenius non trovò molta approvazione nel mondo scientifico soprattutto per il fatto che nei suoi calcoli non aveva tenuto conto di come può cambiare la nuvolosità con atmosfera più calda e più umida.
Un altro scienziato svedese (Knut Ångström) cercò di valutare l’effetto del passaggio della radiazione infrarossa attraverso un tubo riempito di anidride carbonica e osservò una ridotta quantità di radiazione ad una variazione del contenuto di CO2 del 30%. Ciò gli fece concludere che basta in natura poca CO2 per saturare l’assorbimento e quindi un incremento della quantità di gas non avrebbe costituito gran differenza.
In realtà la prova risultò fuorviante in quanto nel tubo c’era molto meno CO2 di quanto se ne sarebbe dovuto trovare nell’ambiente in una colonna d’aria estesa fino alle quote più alte dell’atmosfera. Quindi la logica dell’esperimento era del tutto sfalsata e l’effetto serra non può che essere considerato operativo anche se l’assorbimento delle radiazioni è completamente saturato nella bassa atmosfera. Senza poi considerare come sia errato considerare l’atmosfera come un singolo strato, come nel caso del gas nel tubo dell’esperimento. L’atmosfera va considerata piuttosto come un insieme di strati interagenti tra loro.
Fino al 1950 rimase l’idea prevalente che la CO2 prodotta dalle attività umane non avrebbe mai potuto diventare un problema. Ma dopo il 1950 cominciarono osservazioni sperimentali ben più precise.
Si constatò, ad esempio, che le più importanti linee di assorbimento della CO2, in relazione alla lunghezza d’onda dei raggi infrarossi, non si sovrappongono esattamente alle corrispondenti linee del vapore acqueo. In tal modo, anche se il vapore acqueo nei bassi strati dell’atmosfera avesse bloccato interamente tutta la radiazione che avrebbe potuto essere assorbita dalla CO2, questo non avrebbe impedito al gas di fare la differenza negli strati superiori, più rarefatti e più freddi (gli strati superiori contengono infatti pochissimo vapore acqueo).
Il fisico D. Lewis Kaplan nel 1952 dimostrò che, negli strati alti dell’atmosfera, l’aggiunta di più CO2 comporta un significativo cambiamento del bilancio radiativo. Nel 1956 il fisico Gilbert Plass verificò la possibilità che l’incremento della CO2 poteva aumentare l’interferenza con la radiazione infrarossa e stimò che il raddoppio del livello di CO2 avrebbe dovuto comportare un aumento di 3-4°C.
Il lavoro di Plass fu contestato in quanto, anche in questo caso, non considerava le possibili variazioni del vapore acqueo e delle nubi. In ogni caso il lavoro di Plass dimostrò come fosse sbagliato trascurare l’effetto serra sulla base di argomentazioni spettroscopiche.
Ultimamente i movimenti del carbonio possono essere seguiti attraverso lo studio dell’isotopo radioattivo del carbonio-14. Questo isotopo, creato dai raggi cosmici nell’alta atmosfera, decade nel corso dei millenni (ad esempio il carbonio del carbone antico e del petrolio è così vecchio che in esso manca del tutto l’isotopo radioattivo). Nel 1955, il chimico Hans Suess riferì di aver rilevato questo carbonio di origine fossile in atmosfera (dimostrò cioè che il carbonio fossile si trovava effettivamente nell’atmosfera).
Suess e Revelle, partendo da misure sulle quantità di isotopo trovate in aria ed in acqua di mare, calcolarono i movimenti di CO2 scoprendo che le acque superficiali dell’oceano prelevano molecole di CO2 dall’atmosfera nell’arco anche di un decennio. I dati sul radiocarbonio dimostrano inoltre che gli oceani si rimescolano completamente in diverse centinaia di anni. L’intuizione centrale fu che, anche se l’acqua di mare assorbe rapidamente la CO2, la maggior parte del gas rievapora prontamente tornando in aria prima che la lenta circolazione oceanica lo spinga negli abissi (aria e acqua di mare raggiungono quindi un equilibrio, ma nell’arco di migliaia di anni).
Nuove misure di Carbonio-14 permisero di valutare come il carbonio si trasforma nelle sue molteplici forme nell’aria, nell’oceano, nei minerali, nei terreni e nelle stesse creature viventi.
Nei tardi anni ‘70 e inizio anni ‘80 del secolo scorso, venne calcolato che altri gas emessi dalle attività umane intensificano fortemente l’effetto serra (a parità di numero di molecole anche decine o centinaia di volte più della CO2). Il cambiamento climatico globale non può essere studiato adeguatamente senza tener conto del metano, emesso da fonti naturali e artificiali, e dei vari altri gas industriali. Tuttavia la maggior parte degli interessi scientifici continuarono a ruotare intorno alla CO2.
Nei primi anni ‘70 del secolo scorso le statistiche economiche produssero cifre attendibili su quanta CO2 l’umanità immetteva in atmosfera ogni anno attraverso la combustione dei combustibili fossili.
Le misure di incremento annuo (Keeling e altri) dimostravano che meno della metà del nuovo carbonio era stato ritrovato in atmosfera. Dov’era finito il resto? Chiaramente non si era ancora capito appieno il ciclo del carbonio. Studiando i cambiamenti climatici a grande scala (periodi di glaciazioni e successivi periodi interglaciali più caldi) si poteva però tentare di dare una soluzione al dilemma. I carotaggi di ghiaccio eseguiti nelle coltri glaciali di Groenlandia e Antartide contengono, ad esempio, minuscole bollicine aria antica (che mantengono quindi intatto il contenuto di CO2).
Dopo vari anni furono sviluppati metodi affidabili per stimare il contenuto di CO2 nelle carote. Nel 1980 alcuni studiosi pubblicarono risultati delle analisi dell’aria antica molto interessanti. Nell’ultima era glaciale il livello di CO2 nell’atmosfera era stato fino al 50% inferiore a quello della nostra epoca più calda. Nel 1985 un team franco-sovietico di perforazione a Vostok, nel centro dell’Antartide, produsse una carota di ghiaccio lunga 2 km, che conteneva 150.000 anni di storia e quindi un ciclo completo di glaciazione contenente un periodo caldo, uno freddo e il successivo caldo. Scoprirono che il livello della CO2 atmosferica era salito e sceso, in forte analogia con la temperatura.
Gli aumenti e le diminuzioni della temperatura sono da considerare legate con cicli globali interconnessi che coinvolgono la geochimica dei minerali della CO2 sia in aria che in acqua marina, le emissioni di metano, lo sviluppo e la diminuzione delle foreste e delle torbiere, i cambiamenti nella popolazione del plancton negli oceani ed altre caratteristiche ancora della biosfera del pianeta
Dal 1980 sono quindi emerse prove che i livelli di CO2 erano elevati durante le grandi epoche calde del passato. Emerge l’ipotesi che la CO2 agisca come un termostato per il pianeta, costituendo il punto chiave del sistema climatico del pianeta. Dopo il 1987 i carotaggi arrivarono ad interessare ghiaccio risalente anche a 400.000 anni fa (quindi ghiaccio che aveva attraversato quattro completi cicli glaciali). I livelli di CO2 ricavati scendono al livello minimo di 180 parti per milione nei periodi freddi e raggiungono i 280 nei periodi caldi (negli anni attuali il livello di CO2 presente nell’atmosfera è attorno alle 400 parti per milione e quindi un valore superiore a qualunque altro visto nelle epoche passate corrispondenti ai carotaggi eseguiti).
Durante gli anni ‘90 del secolo scorso ulteriori misure con le carote di ghiaccio indicano inoltre che, durante i periodi glaciali, le variazioni di temperatura precedono i cambiamenti di CO2 di diversi secoli. Ciò fa ritenere che le variazioni dei livelli di CO2 non siano causa dei cicli glaciali.
In realtà va richiamato quanto emerso dai primi anni ‘60 relativamente ai cicli di Milankovitch: minuscole variazioni ricorrenti nell’orbita del nostro pianeta attorno al Sole (chiamate appunto cicli di Milankovitch) si accordano con una precisione sorprendente con la tempistica delle glaciazioni. La radiazione solare in arrivo ad una determinata latitudine e in una data stagione varia in modo prevedibile nel corso dei millenni e il piccolo cambiamento quasi impercettibile dell’angolo di arrivo della radiazione solare sembra causare la formazione o la fusione di intere coltri continentali di ghiaccio.
Nuove carote di ghiaccio suggerirono che qualcosa amplifica le variazioni della radiazione solare: un lieve riscaldamento provoca un leggero aumento delle concentrazioni dei gas a effetto serra (gli oceani più caldi evaporano quindi più gas, nella tundra artica le maggiori temperature emettono più CO2 e metano, ecc…). L’effetto serra di questi gas fa aumentare ulteriormente la temperatura in tal modo favorendo un ulteriore aumento delle emissioni di gas e così via, trascinando il pianeta, passo dopo passo, verso un periodo caldo. Quando la radiazione solare che giunge sulle latitudini chiave si indebolisce (migliaia di anni più tardi…) il processo di inverte e paludi e oceani assorbono i gas serra e le coltri glaciali si ricostruiscono facendo in modo che la Terra si incammini verso una nuova era glaciale.
Nei nostri anni è possibile che un cambiamento nel livello dei gas iniziato dall’umanità possa amplificarsi attraverso un ciclo di feedback (risposta) sulla temperatura. Il livello del gas aumenta e la temperatura si alza con un ritardo temporale (nel nostro caso in pochi decenni in quanto le variazione sono enormemente più rapide degli spostamenti orbitali che portano alle ere glaciali).
Attualmente quasi nessuno mette in dubbio che CO2 e gli altri gas serra sono almeno parzialmente responsabili del riscaldamento senza precedenti osservato in tutto il mondo a partire dal 1980. Esiste tuttavia una serie di punti deboli della teoria su come agisca l’effetto serra sia in relazione alle procedure per la valutazione dei parametri, alla misura degli stessi, alle modalità con cui si sviluppa e varia la temperatura media dell’atmosfera terrestre. Segue un breve elenco ricavato consultando la rete:
Attendibilità delle misure effettive di temperatura. Fino a qualche tempo fa le temperature in mare e sulla terraferma venivano prese con l’utilizzo di termometri a mercurio (e nemmeno con i termometri più accurati è possibile raggiungere la precisione del decimo di grado). Oggi la precisione è aumentata ma i dati storici risultano in gran parte poco attendibili nel momento in cui si vuole valutare andamenti della temperatura media correlati a variazioni anche di centesimi di grado. E’ anche vero però che la media annuale generale è meno indeterminabile rispetto al singolo valore correlato alla singola stazione e quindi la temperatura media globale potrebbe essere determinata con una precisione anche leggermente migliore di 0,1C°.
Elaborazione dei dati di temperatura. I dati riferiti alle temperature stimate afferenti migliaia di anni fa sono necessariamente correlati a valori medi di temperatura. La media però non coincide con la temperatura reale;è solo un dato statistico e per stimare il vero campo di variazione si dovrebbe prendere in considerazione almeno la deviazione standard.
Isole di calore. Negli anni ’90 del secolo scorso è emersa la necessità di valutare nella dinamica del riscaldamento globale l’effetto delle isole di calore tipiche delle aree antropizzate. L’IPCC nel 2011 evidenziò che le isole di calore implicano effettivamente variazioni reali rispetto a come dovrebbe essere l’andamento della temperatura ma costituiscono effetti locali e non significative per aree più vaste. Secondo l’IPCC le medie delle temperature effettuate a livello globale non risentono molto dell’influenza di queste isole di calore. Resta il fatto che le modificazioni antropiche modificative dell’ambiente sono da caratterizzarsi in senso dinamico (di anno in anno continano infatti ad aumentare le isole di calore) e chiaramente, anche se di poco, non possono non interferire con le variazioni della temperatura media.
Manca la corrispondenza fra aumento di CO2 e aumento della temperatura. Fra curve di aumento della CO2 e curve di aumento della temperatura non c’è sempre corrispondenza qualificabile con caratterizzazioni ricorrenti. Di converso la regolarità dell’effetto delle macchie solari del Sole (meno macchie porta ad un aumento del freddo, più macchie porta ad un aumento del caldo) fa pensare che sia soprattutto il Sole a determinare le variazioni climatiche piuttosto che la CO2. Senza contare come, ancorchè spiegato in termini di feedback e come accennato in precedenza, è l’aumento di temperatura che precede quello di CO2 e non il contrario.
Mancata corrispondenza con modelli fisici. I modelli dell’atmosfera prevedono a 10 km nella troposfera equatoriale incrementi di temperatura quasi tripli rispetto a quelli osservati sul terreno. Le misure satellitari non rilevano però alcun significativo incremento di temperatura (rilevano addirittura un decremento in determinati periodi).
Rete di rilevamento temperatura troppo rarefatta. La rete di rilevamento delle temperature al suolo è composta da poche migliaia di stazioni. Gli oceani non hanno di fatto stazioni di misura anche se rappresentano circa il 70% della superficie del pianeta. La temperatura media stimata dalle misure non può quindi considerarsi osservazione sperimentale in senso stretto e risulta praticamente impossibile accertare con adeguata precisione l’entità dell’aumento di temperatura in corso.
Validazione dei modelli matematici. I modelli matematici che sviluppano gli scenari climatici (in particolare quelli dell’IPCC) non risultano validati con dati e procedure indipendenti. La verità scientifica deve essere necessariamente in accordo con la realtà fisica ed inoltre risulta difficile applicare un criterio di falsificabilità ai risultati dei modelli matematici.
Fenomeni fisici non sono considerati in modo adeguato. Spesso non sono valutati, o comunque sono valutati in modo molto grossolano, il ruolo di fenomeni importanti in relazione agli andamenti climatici, come la nuvolosità.
Inconsistenza del punto di non ritorno climatico stimato. Non sembra attendibile la fissazione di punti di non ritorno climatico in relazione alla concentrazione di CO2. Attualmente le concentrazioni sono ben oltre il 140% dei valori preindustriali e per il passato, attraverso misure proxy, appare acquisito l’accadimento di periodi con percentuali di CO2 anche ben più alte.
Modalità di riduzione delle emissioni di CO2. Anche dando per assodato la necessità che l’umanità addivenga ad una riduzione delle emissioni di CO2 rimane “da paura” la valutazione dei costi economici da preventivare per acquisire una riduzione anche minima delle stesse (risultando oltretutto un percorso difficilmente attuabile e programmabile). Senza poi dimenticare che, in prospettiva di un futuro aumento eccessivo delle temperature del pianeta, la strada migliore potrebbe essere quella di investire risorse per prevenire le eventuali conseguenze dannose piuttosto che investire risorse per contrastare presunte cause in buona parte incerte.
Esistono poi tutta una serie di problemi aperti, o non ancora del tutto chiariti, nel campo del clima e della modellazione climatica. Dalla rete è possibile trarre il seguente elenco (non esaustivo):
a) non è ancora chiaro il ritmo e la velocità di scioglimento del ghiaccio in Antartide e in Groenlandia;
b) non è ancora valutabile la stabilità della parte occidentale della calotta antartica;
c) non è del tutto chiaro l’azione degli aerosols, cioè delle minuscole particelle in sospensione nell’atmosfera (prevalentemente di origine antropica). Pare assodato che agiscano soprattutto portando raffreddamento e quindi in qualche modo contrastano i gas serra;
d) non è chiaro il funzionamento delle supercorrenti oceaniche e se esista un rischio concreto di bloccarne l’operatività in funzione del riscaldamento in atto. La supercorrente oceanica potrebbe anche portare ad un raffreddamento e quindi invertire il riscaldamento;
e) non è chiaro del tutto il funzionamento di El Nino benchè siano in corso vari progetti di ricerca che prevedono boe, satelliti e navi oceanografiche per la raccolta dei dati;
f) ricordando che il 50% della CO2 emessa negli ultimi 100-150 anni non è più in atmosfera (intrappolata nei serbatoi naturali di CO2 degli oceani e nella biosfera) non è ancora chiaro se la capacità di immagazzinamento residua rimanga significativa e soprattutto quanta CO2 sia ancora immagazzinabile;
g) non risulta ancora del tutto chiarita la contraddizione circa un paventato mancato rispetto dei principi alla base della termodinamica (il calore va sempre da un corpo caldo ad un corpo freddo). Ovviamente il riferimento è al meccanismo accennato secondo il quale le molecole di CO2 nell’atmosfera assorbono e riemettono le radiazioni infrarosse.
— O —
AGGIORNAMENTO 19/10/2020 => L’entità dell’effetto serra varia al variare delle stagioni. In estate (quindi con insolazione massima) diminuisce l’effetto serra poiché diminuisce il contenuto di vapore acqueo ed è minimo il contenuto di CO2 (le piante consumano più CO2 in estate). In questo caso l’atmosfera trattiene minor calore al suo interno. Al contrario d’inverno, quando l’insolazione è minima, è massimo il potenziale serra dell’atmosfera essendo massima sia l’umidità nell’atmosfera sia il contenuto di CO2 (minor consumo della CO2 da parte delle piante). In questo secondo caso l’atmosfera riesce a trattenere maggiore energia al suo interno.
AGGIORNAMENTO 12/01/2024 => L’aumento della CO2 riscalda l’atmosfera in due modi: A) effetto radiativo correlato alla presenza di una finestra trasparente a lunghezze d’onda comprese tra 9 e 16 micron. La radiazione a onde lunghe fra 9 e 16 micron passa senza restrizioni ma l’introduzione di CO2 nell’atmosfera porta ad una limitazione del flusso radiativo centrato attorno a 15 micron. Ciò chiude leggermente questa finestra e ciò porta ad un rialzo delle temperature. L’effetto pare diminuire e quindi perdere di potenza se le concentrazioni di CO2 raggiungono valori intorno a 600 ppm. B) Concentrazioni di CO2 più alte comportano una altezza media di emissione di CO2 più elevata. Ma una altezza media di emissione più elevata significa concentrazioni di gas inferiori a questa altezza di emissione e quindi un percorso privo di interferenze più lungo per i fotoni con un conseguente raffreddamento del pianeta man mano che un numero maggiore degli stessi fotoni raggiunge lo spazio. Di converso un’altezza di emissione più elevata comporta anche emissioni individuali inferiori a causa delle temperature più basse all’altezza di emissione media e quindi una opposta tendenza a riscaldare il pianeta. In linea generale l’emissione nello spazio in funzione delle condizioni in cui si trova l’atmosfera aumenta man mano che le concentrazioni di CO2 aumentano da bassi valori fino a 300 ppm (con raffreddamento dell’atmosfera) mentre a concentrazioni superiori a 300 ppm l’emissione nello spazio diminuisce (con riscaldamento dell’atmosfera).
Acronimo di Sea Surface Temperature. La temperatura dell’aria effettuata sui ponti delle navi non appare affidabile. Per la misura della temperatura dell’aria marina (MAT) si preferisce fare affidamento alle misurazioni della temperatura dell’acqua vicino alla superficie dell’oceano, ovvero le temperature della superficie del mare.
Acronimo di National Oceanic and Atmospher Administration o National Climic Data Center. Si tratta di una filiale dell’agenzia scientifica statunitense NOAA, che compila e archivia vari basi di dati di dati climatici. Sono situati tra Asheville, North Carolina (USA) e Boulder, Colorado (USA).
IlGoddard Institute for Space Studies della National Aeronautics and Space Administration, ovvero NASA GISS, è una branca della NASA che studia il cambiamento globale, con particolare attenzione ai cambiamenti climatici e al riscaldamento globale causato dall’uomo. La NASA GISS mantiene una delle stime della temperatura globale basata sulla stazione meteorologica GISTEMP e ha sviluppato diversi dei principali modelli climatici globali. La NASA GISS si trova presso la Columbia University di New York City.
IPCC sta per “gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici. Organizzazione istituita nel 1988 dalle Nazioni Unite e dall’Organizzazione meteorologica mondiale per studiare gli effetti del riscaldamento globale causato dall’uomo sul clima futuro e cosa si dovrebbe fare a proposito. IPCC pubblica ricorrenti rapporti scritti da ricercatori. Esistono tre gruppi di lavoro separati: WG1 è il gruppo di lavoro 1 che si occupa di scienze fisiche, WG2 si occupa degli effetti dei cambiamenti climatici presenti e futuri e WG3 valuta i modi in cui gli esseri umani possono mitigare i cambiamenti climatici futuri. I gruppi di lavoro WG2 e WG3 presuppongono che la teoria del riscaldamento globale creata dall’uomo sia affidabile.
Acronimo di Catastrophic Anthropogenic Global Warming. Termine usato dagli scettici climatici su AGW che ritengono limitato il riscaldamento climatico creato dall’uomo (in modo da distinguerlo dalla teoria del riscaldamento globale prodotta dall’uomo).
I coronavirus (in particolare il SARS-COV-2) presentano un diametro di qualche decina di milionesimi di millimetro. Il meccanismo d’infezione del SARS-COV-2 è relativamente semplice: una volta legato alla membrana della cellula ospite il virus libera al suo interno il proprio genoma e le sostanze necessarie alla replicazione; a seguire una serie di processi biochimici porta alla produzione di nuovi microrganismi virali completi. Completate le replicazioni la cellula muore liberando i nuovi microrganismi nell’ambiente circostante (nei polmoni, in gola, ecc…).
Il passaggio della malattia ad altre persone dipende dalla quantità di virus che penetra nel loro organismo. In genere, a parità di sistema immunitario, grandi quantità di virus vincono più facilmente le difese dell’organismo e si “insediano” con maggior successo. Nel SARS-COV-2 non è noto il valore della carica infettiva minima, non è noto quindi il numero minimo di particelle virali necessarie ad avviare la malattia nell’ospite. In linea di massima si può ritenere che, in caso di sistema immunitario debole, il valore delle carica infettiva minima possa considerarsi anche appena significativo.
La diffusione per via aerea può attuarsi per:
1) trasmissione tramite l’aria attraverso grosse goccioline emesse con tosse e starnuti;
2) trasmissione attraverso “nuclei” di microgoccioline, a distanza e per diverso tempo, anche in assenza della sorgente di infezione;
3) trasmissione mediante ri-sospensione di polveri contaminate derivate dall’essiccamento delle goccioline grosse precedentemente depositate su superfici.
Nella respirazione l’aria atmosferica viene umidificata prima di arrivare agli alveoli polmonari diventando satura di vapore acqueo. Il vapore acqueo è lo stato aeriforme dell’acqua ed esercita una sua specifica pressione parziale; a 37°C la tensione di vapore acqueo è di circa 47 mmHg e quando il respirato è umidificato e in equilibrio con l’acqua che bagna la superficie delle vie respiratorie anche la pressione parziale del vapore acqueo della miscela di gas è pari a 47 mmHG. Di conseguenza nella fase espiratoria emettiamo grandi quantità di vapore acqueo sotto forma di sospensione di microparticelle d’acqua. Come è noto la massa volumica del vapore acqueo, a parità di temperatura, è circa due terzi rispetto a quella dell’aria e quindi il vapore acqueo espirato tende a “galleggiare” nell’aria. Nell’espirato di una persona infetta da coronavirus, insieme a queste microparticelle d’acqua vi sono anche cellule epiteliali vive o morte e quindi un numero elevatissimo di virus attivi.
L’espirato è costituito da goccioline o micro particelle d’acqua di diametro variabile da 0,001 mm a 1 mm. Le goccioline con diametro superiore a un decimo di millimetro non evaporano rapidamente, cadono per gravità al suolo, aderiscono a superfici e possono diventare parte della polvere ambientale. L’allontanamento di queste goccioline, qualora infette, dà luogo ad una contaminazione dell’aria di brevissima durata e, in rapporto alla spinta dinamica (es. colpo di tosse), possono compiere tragitti che non superano qualche metro e si fermano normalmente nel giro di pochi secondi.
Le particelle d’acqua di diametro inferiore a un decimo di millimetro evaporano parzialmente nell’aria in pochissimi secondi ma i “nuclei” degli agglomerati di vapore acqueo, dove compare il materiale organico con carica virale, sono in grado di rimanere in sospensione anche per vari giorni.
In generale possiamo affermare che, con i citati sistemi di diffusione del primo tipo e del secondo tipo, la possibilità di infettare una persona vicina, con adeguata resa e probabilità, dipende soprattutto dalle dimensioni delle goccioline o microparticelle d’acqua, ma anche dalla capacità delle stesse di rimanere in aria, dalla temperatura e dalle condizioni di umidità ambientale.
L’umidità dell’aria “racchiude” la relazione fra vapore acqueo e gli altri gas atmosferici. E’ noto che l’umidità assoluta (ovvero la massa di vapore acqueo contenuta nell’aria in rapporto al volume da essa occupato) cambia al variare della temperatura dell’aria. In particolare al decrescere della temperatura decresce il valore di umidità assoluta. Quindi, a parità di volume, una massa d’aria calda ha più “capacità” di contenere vapore acqueo rispetto ad una analoga massa d’aria fredda. All’aumentare della temperatura il moto delle particelle è via via sempre più turbolento; al diminuire della temperatura i movimenti delle particelle sono più lenti e una miscela tende a occupare meno volume essendo minore l’energia cinetica delle singole particelle. Diminuendo gli spazi intermolecolari diminuisce anche la capacità delle molecole di acqua di infiltrarsi all’interno della miscela e l’aria fredda risulta più densa e più pesante rispetto all’aria calda (diminuendo gli spazi intermolecolari). Dal punto di vista volumetrico una massa di aria calda occupa maggiore spazio rispetto ad una pari massa di aria più fredda (cambia il volume occupato, maggiore per l’aria calda in virtù della citata maggiore oscillazione molecolare).
A parità di temperatura per la componente vapore acqueo il rapporto tra la pressione parziale e quella di saturazione rappresenta l’umidità relativa. La pressione di saturazione (il limite che deve raggiungere la pressione del vapore per arrivare alla condensazione) dipende dalla temperatura. Se la temperatura diminuisce la quantità di vapore acqueosolubile in un determinato volume d’aria diminuisce e diminuisce di converso la sua pressione parziale. Raffreddando un’aria umida c’è un aumento della sua umidità relativa (la quantità del vapore acqueo è stabile mentre la quantità di vapore di saturazione diminuisce). Si osservi che il vapore acqueo, finchè la pressione parziale rimane inferiore al valore della pressione di saturazione e quindi non si arriva alla condensazione, si può considerare a tutti gli effetti un gas ideale.
Ma torniamo al metodo secondo di diffusione del virus in aria. I residui piccolissimi di materiale organico infettante miscelato a microparticelle di acqua sono in grado di rimanere in sospensione nell’aria formando agglomerati elementari o nuclei di materiale organico o inorganico e microparticelle di acqua. A differenza delle goccioline di dimensioni maggiori, questi nuclei rimangono nell’atmosfera per un tempo molto più lungo (ore o addirittura giorni) essendo irrilevante il peso. Trasportati dai movimenti dell’aria, si spostano a distanze ragguardevoli diffondendo il contagio anche in ambienti diversi da quello della sorgente di emissione. La formazione dei nuclei richiede pochi millesimi di secondo e ulteriori microrganismi sospesi nell’aerosol, purchè piccolissimi, possono diventare parte dei nuclei. In presenza di umidità ambientale elevata (come nella miscela di aria espirata nella fase di respirazione) si formano quindi veri e propri nuclei in grado di “accorpare” ulteriormente il vapore acqueo presente nell’aria. Come è noto i gas di diversa concentrazione tendono a mischiarsi e soprattutto le molecole contenenti vapore acqueo tentano rapidamente di passare dalla parte a maggior concentrazione a quella a minore concentrazione fino al raggiungimento dell’equilibrio (fenomeno noto come diffusione di vapore acqueo).
L’aria espirata dai polmoni può “trovare” all’esterno particolari e diversissime condizioni ambientali. Si è già accennato alla temperatura, ma ora focalizziamoci sull’umidità relativa. In rapporto all’aria espirata al diminuire della temperatura ambiente la tensione di vapore decresce e il vapore acqueo si avvicina alle condizioni di saturazione. I “nuclei” e la relativa carica virale inglobata, correlati al sistema di diffusione di tipo 2), possono favorire ulteriore condensazione; infatti ulteriore vapore acqueo in determinate situazioni può aggregarsi anche con umidità relativa molto bassa accrescendo il contenuto di umidità dello stesso nucleo anziché evaporare.
Ma le condizioni di umidità ambientale possono influire nella potenzialità di una persona infettata di infettare a sua volta un’altra persona? L’aria espirata si trova normalmente a temperatura confrontabile con quella corporea (diciamo che un valore possibile di temperatura ricorrente potrebbe essere 35°C) e con contenuto di umidità elevatissimo (è possibile ipotizzare che l’umidità relativa sia almeno l’80 e più percento).
Al diminuire della temperatura dell’ambiente la tensione di vapore decresce; mentre ossigeno, azoto e gli altri gas presenti nell’aria espirata sono gas che si raffreddano restando aeriformi, il vapore acqueo può avvicinarsi sempre più alle condizioni di saturazione. Può verificarsi che l’elevata densità dello stesso, all’uscita dalla bocca/naso, non sia più compatibile con l’analogo parametro presente con bassi valori di temperatura nell’aria ambiente. In questo caso le molecole di acqua vanno progressivamente rallentando e, di conseguenza, le forze di coesione molecolare si fanno efficaci fino anche a far condensare il vapore acqueo in minuscole goccioline. Ma l’acqua si riscalda quando avviene la condensazione e arriva ad un equilibrio con la temperatura dell’ambiente rilasciando il calore latente di condensazione che riscaldando l’aria intorno al volume di condensa ne abbassa la densità facendo si che la zona in condensazione galleggi (come già accennato il complesso delle particelle di vapore, insieme con l’aria rarefatta da esse riscaldata, pesa meno del corrispondente quantitativo di aria spostato).
Per data pressione atmosferica la condensazione del vapore acqueo si verifica quando la temperatura è pari o inferiore alla temperatura di rugiada. Tale valore di temperatura, insieme all’umidità relativa, funge da “regolatore” del processo di condensazione. Ai fini della presente nota possiamo quindi considerare l’aria espirata in relativo equilibrio con il vapore acqueo presente alla temperatura corporea; nell’aria esterna a temperatura minore il vapore acqueo contenuto nell’espirato rapidamente evolve verso parametri che caratterizzano situazioni prossime o pari a quelle di condensazione. Ipotizziamo ora che il comportamento del vapore acqueocaratterizzi anche il comportamento degli agglomerati o nuclei (formati da materiale organico infetto e microparticelle di vapore acqueo) nel citato secondo sistema di diffusione del virus nell’aria; ciò è plausibile tenuto conto dei valori di entalpia del vapore acqueo che caratterizzano questi processi.
Prendiamo in considerazione una ipotetica persona infetta da SARS-COV-2 che si trova in ambiente esterno caratterizzato da umidità relativa del 40% e temperatura di 5°C. Ipotizziamo che l’aria espirata, carica di virus nei citati nuclei di condensazione, all’uscita dalla bocca presenti 35°C di temperatura e umidità relativa dell’80%. Da un qualsiasi diagramma psicrometrico si deduce che a tali valori corrisponde un contenuto di vapore acqueo di circa 29 grammi per chilogrammo di aria secca; seguendo la isoentalpica del diagramma, a valle della fase di espirazione cioè appena fuori della bocca, i “nuclei” espirati vanno rapidamente alla temperatura di 31,5°C e c’è un primo “aumento” del tenore di vapore acqueo al valore di 30,5 grammi per chilogrammo di aria secca. L’aria espirata successivamente si raffredda e seguendo la curva del punto di rugiada arriva a 5°C ad un contenuto di 5,5 grammi per chilogrammo di aria secca per poi passare a 2 grammi per chilogrammo di aria secca alle condizioni ambientali considerate (temperatura 5°C e umidità relativa 40%).
Ogni atto respiratorio è caratterizzato mediamente da mezzo litro d’aria che entra nella trachea e nei polmoni; solo 350 ml (ovvero il 70%) arrivano agli alveoli polmonari. Poiché una persona compie normalmente 12 atti respiratori al minuto in un minuto si può stimare complessivamente 6 litri di aria respirata ed espirata (di cui 4,2 litri strettamente necessari alla funzionalità polmonare).
Il peso ricorrente di un litro di aria secca è di circa 1,29 grammi; se una persona mediamente compie 12 atti respiratori al minuto per circa 6 litri di aria respirata, 15.000 sono in media i litri di aria respirata/espirata giornalmente. Se l’espirato è caratterizzato da una umidità relativa dell’80% e da una temperatura di 35°C (quindi umidità specifica di 29 grammi per chilogrammo di aria secca) mentre l’aria esterna è caratterizzata da una umidità relativa media del 40% e una temperatura media di 5°C (quindi umidità specifica di 2,1 grammi per chilogrammo di aria secca) è possibile stimare:
il quantitativo di vapore acqueo emesso, per litro di aria espirata, pari a (29/1000)*1,29 = 0,03741 grammi di vapore acqueo per litro;
il tenore del contenuto di vapore acqueo nell’aria ambiente pari a (2,1/1000)*1,29 = 0,002709 grammi di vapore acqueo per litro.
Se ora ipotizziamo che l’espansione del vapore acqueo immediatamente a valle dei punti di emissione (bocca/naso) non sia compromessa da vento, da rimescolamenti locali indotti, da fenomeni convettivi e sia ininfluente la velocità di uscita dell’aria dalla bocca/naso, deriva che il vapore acqueo espirato, ad esempio in 5 ore (quindi 15000*5/24=3.125 litri di aria espirata) viene ad interessare un volume di aria nell’ambiente pari a (0,03741/0,002709)*3.125 ovvero 43.154,8 litri e quindi 43,15 metri cubi. Nell’ipotesi che il contenuto di vapore acqueo disperso nell’ambiente rimanga correlabile linearmente al tasso di presenza della carica virale deriva che 13,8 volte il volume dell’aria espirata continuerebbe a contenere, nelle condizioni medie esterne di umidità e temperatura considerati, una carica batterica, seppur ridotta in termini di densità. Determinate condizioni ambientali possono quindi amplificare anche ben oltre un ordine di grandezza l’originario volume di aria carica di virus emesso da una persona infetta.
Se ci focalizziamo su un espirato caratterizzato mediamente da una temperatura di 35°C e una umidita relativa di 80punti centesimali è possibile elaborare le informazioni deducibili dal diagramma psicrometrico per varie combinazioni di temperatura ambiente (0, 5, 10,15,20, 25,30, 35°C) e per varie combinazioni di umidità relativa ambiente (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 e 100%). E’ possibile ottenere in tal modo i coefficienti moltiplicatori del volume di aria espirata con cui quantificare il volume circostante la persona infetta teoricamente interessato da carica virale (vedi Figura 1).
Figura 1
Consideriamo ora una ipotetica situazione ambientale in grado di generale una amplificazione del volume espirato interessato da carica virale pari al fattore 60 (ovvero temperatura 0°C e umidità relativa del 10%). Vediamo di valutare l’impatto dell’espirato infetto da virus di una persona ferma in un punto per varie durate nell’ipotesi che l’espansione del vapore acqueo (e quindi della carica virale) attorno alla persona:
1) non sia compromessa da presenza di vento;
2) non sia interessata da rimescolamenti locali indotti;
3) non sia interessata da fenomeni convettivi;
4) sia trascurabile l’effetto indotto dalla velocità di
uscita dell’espirato dalla bocca/naso e
5) si deroghi per semplicità degli effetti amplificativi della carica virale correlati alla reimmissione nei polmoni di aria infetta al procedere dell’attività respiratoria.
Si tratta evidentemente di ipotesi cautelative che rendono ulteriormente cautelativi i valori deducibili dal grafico di Figura 1 qualora si ricerchino situazioni di massima resa dell’infezione.
Nel caso A (vedi Figura 2) con respirazione continua per 1 minuto e quindi emissione di circa 6 litri di aria umida sviluppata nei polmoni il volume dell’espirato (qui schematizzato con volume a forma di sfera) la carica virale che interessa 22,5 cm dalla bocca in condizioni di temperatura e umidità analoga a quella dell’espirato viene ad interessare 88,2 cm se correlata ad una condizione di umidità e temperatura esterna in grado di amplificare di 60 volte il volume interessabile da carica virale (coefficiente amplificatore CM pari a 60).
Con una attività respiratoria di 3 minuti da 32,5 cm passiamo a 127,3 cm (caso B) mentre con attività respiratoria continuata di 10 minuti (caso C) si passa da 48 cm a 190,2 cm.
Mediamente la lunghezza caratteristica che in qualche modo qualifica il volume interessato dalla presenza di carica virale aumenta di circa il 400% per ognuno dei tre casi.
Figura 2
E’ intuitivo come esistano varie condizioni ambientali caratterizzate da coefficienti di amplificazione CM non trascurabili.
Ad esempio nei voli aerei l’umidità relativa in fusoliera è normalmente bassa; non di rado si ravvisano situazioni ambientali caratterizzate da umidità relativa del 15% e temperatura pari a 25°C. In questo caso il modellino esposto indica un coefficiente amplificativo CM del volume espirato interessato da carica virale pari ad un fattore 11.
Nella Pianura Padana nei mesi di gennaio o febbraio è possibile il verificarsi di condizioni ambientali caratterizzate da 2-3°C di temperatura e umidità relativa del 20-30%; in queste situazioni il coefficiente di amplificazione CM assume valori compresi fra 20 e 30. La Figura 3 illustra l’andamento dell’umidità relativa alla stazione meteo dell’aeroporto di Bergamo – Orio al Serio nel mese di febbraio 2020. La Figura 4 illustra l’andamento della temperatura massima e minima per la medesima stazione per il medesimo mese (https://www.woitalia.it/weather/maps/city)
Figura 3
Figura 4
Nei supermercati l’umidità relativa viene spesso mantenuta sul valore 40% con temperatura ricorrente pari a 25°C; in questo caso il valore CM assume il valore 5.
In una cella frigorifera sono spesso presenti temperature di circa 0°C e umidità relativa di circa il 90%; in queste situazioni si possono stimare valori CM pari a 8-10 unità.
In montagna, a quote medio-alte, spesso si ravvisano temperature dell’aria di circa 0°C con umidità relativa del 20%; in questo caso CM assume valore 35.
In appartamenti molto riscaldati talvolta umidità relativa è solo del 10 o 20% (si può provare un senso di freddo anche con temperatura ambiente di 25 °C). In questi casi CM assume valori compresi fra 7 e 15.
La seguente tabella, valevole per una temperatura dell’espirato di 35°C e una umidità relativa sempre dell’aria espirata pari all’80%, riassume i principali valori di CM per valori caratteristici di temperatura T(°C) e umidita relativa ambientale Ur(%).
Figura 5 – Valori CM al variare della temperatura e umidità relativa
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INTEGRAZIONE 23/10/2020
In riferimento alle isole di calore create dai centri urbani, pur con molta approssimazione, si può ritenere l’area urbana in genere più calda e secca rispetto ad un’area rurale contermine. Le differenze di temperatura più marcate si verificano di notte [ad es. caso di Modena, tipicamente tra 2°C e 5°C, ma si arriva anche a 8°C, soprattutto nei mesi estivi. Vedi Microclima urbano: impatto dell’urbanizzazione sulle condizioni climatiche locali e fattori di mitigazione, a cura di Giovanni Bonafè, Area Meteorologia Ambientale, Servizio IdroMeteorologico ARPA Emilia-Romagna, 12/2006]. Sempre con riferimento a Modena le differenze di umidità relativa risultano più marcate nelle ore notturne (tipicamente tra -10% e -40%) e spesso anche d’inverno, nelle ore diurne, non sono affatto trascurabili (tra 0% e -20%).
Nel mondo esistono circa 3500 specie di zanzare (una sessantina in Italia). Le zanzare hanno un corpo lungo da 3 a 10 mm. Il ciclo di riproduzione può svilupparsi con una sola generazione l’anno ovvero con più generazioni (in questo ultimo caso possiamo avere anche 15 generazioni l’anno). L’intera fase di sviluppo si svolge generalmente nell’acqua, in un intervallo di tempo di durata subordinata alle condizioni climatiche locali. La durata del ciclo di sviluppo varia da 4 giorni a 1 mese. In genere i maschi hanno una vita di 10-15 giorni, mentre le femmine vivono da circa 1 mese nelle generazioni estive e 4-5 mesi nel caso di femmine svernanti.
Le ovature a seconda delle specie possono essere isolate e/o sparse ovvero aggregate in piccole galleggianti di decine o centinaia di uova; il numero di uova deposte varia da specie a specie (da 100-150 a 500 uova). Il completamento della maturazione delle uova ha luogo solo dopo che la zanzara femmina ha assunto un pasto di sangue (ricordiamo che durante il pasto la zanzara “marca” l’ospite che ha subito la puntura lasciando sostanze attrattive che attirano altre femmine di zanzara).
L’attività degli adulti di zanzara mostra in genere uno o due picchi giornalieri di massima intensità alternati a fasi di riposo; abbiamo picchi nelle ore notturne, dal crepuscolo all’alba, ma in alcune specie l’attività interessa anche le ore diurne. Alcune specie di zanzare hanno un raggio di azione molto stretto (da decine a centinaia di metri), altre specie sono invece in grado di spostarsi anche su grandi distanze. La velocità in volo può variare da 1 a 5 km/h. La zanzara effettua un pasto di sangue in corrispondenza ad ogni ovatura (anche 5 mg per una sola puntura).
L’habitat delle zanzare è rappresentato sia da piccole quantità di acqua stagnante sia da grandi aree umide; risultano colonizzabili sia le acque dolci sia quelle salmastre. Nelle aree urbane diverse specie di zanzara si sono adattate sfruttando le opportunità offerte laddove vi è la possibilità che si formi un ristagno idrico di una certa durata.
La puntura delle zanzare non è di per sé particolarmente dannosa; in Europa l’importanza delle zanzare è soprattutto legata alla trasmissione di malattie a carico degli animali domestici ed alla molestia arrecata alle persone. Il rischio medico-sanitario associato alle zanzare e la molestia che questi insetti producono, sono alla base degli interventi finalizzati, se non a sradicarle, quanto meno a limitarne la proliferazione o gli attacchi.
Una lotta contro la proliferazione delle zanzare è efficace quando si ottiene la rimozione delle cause che possono creare condizioni per la formazione di temporanei microambienti acquatici atti ad agevolare l’ovulazione dei fastidiosi insetti. Illustriamo ora PozzettoSfera ovvero un dispositivo che può impedire alle zanzare adulte l’uso del fondo dei pozzetti di fognatura per deporre le proprie uova.
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IL DISPOSITIVO
PozzettoSfera è un manufatto che permette la gestione selettiva del passaggio dell’acqua piovana nelle caditoie stradali.
Si definiscono caditoie stradali i dispositivi che captano le acque defluenti nelle cunette poste nelle carreggiate urbane. Le caditoie sono costituite da una luce d’intercettamento, da un pozzetto sottostante e da una condotta trasversale alla strada che le collega al più vicino canale di fognatura.
L’uso di PozzettoSfera permette di ottenere, sia per i pozzetti-caditoia esistenti che per quelli di nuova costruzione, i seguenti obiettivi:
agevolare il confinamento, a secco, degli odori di fogna;
impedire l’ingresso/uscita di piccoli animali al/dal fondo del pozzetto-caditoia;
impedire il deposito di uova di insetti sul fondo del pozzetto-caditoia;
ridurre drasticamente l’ingresso della luce solare al fondo del pozzetto.
Con il confinamento a secco si evita la sistematica presenza del cuscino d’acqua tipico dei comuni sistemi a sifone utilizzati nei pozzetti per annullare o ridurre le trasmissioni di odori sgradevoli verso l’ambiente esterno, particolarmente nelle fognature destinate a gestire contemporaneamente il flusso di acqua nera e il flusso di acqua di pioggia.
Con PozzettoSfera piccoli animali quali lucertole, ratti e topi, insetti, non possono uscire/entrare dal/nel fondo del pozzetto-caditoia. In particolare l’impossibilità di ingresso/uscita di insetti implica che non possono verificarsi depositi di uova sulle acque stagnanti presenti sul fondo dei pozzetti; si ha quindi il particolare vantaggio di annullare l’annidamento e riproduzione delle zanzare.
PozzettoSfera impedisce alla luce solare di arrivare copiosamente al fondo del pozzetto riducendo drasticamente l’attività batterica aerobica e la crescita di micro-organismi.
PozzettoSfera è composto:
1) da una sfera cava dotata di peso specifico notevolmente inferiore a quello dell’acqua (vedi Figura 1);
Figura 1
2) da una lastra (vedi Figura 1) dotata di foro circolare avente diametro minore del diametro della sfera e opportune aste metalliche (vedi Figura 1) destinate a limitare gli spostamenti orizzontali della sfera stessa.
Quando la caditoia non riceve acqua la sfera chiude il foro (vedi Figura 2)
Figura 2
e ciò impedisce il passaggio di odori, luce solare e animali.
Quando la caditoia riceve acqua di pioggia in quantità elevata la sfera si alza per spinta archimedea (vedi Figura 3)
Figura 3
permettendo il deflusso verso il fondo del pozzetto. Quando arriva poca acqua di pioggia sopra la lastra si forma in cuscino d’acqua di limitata altezza che defluisce lentamente al fondo del pozzetto attraverso piccole fessure posizionate sul perimetro del foro della stessa lastra.
PozzettoSfera deve essere installato in pozzetti-caditoia per acqua di pioggia ove le acque in transito siano prevedibilmente prive di sostanze colloidali in quantità elevata e con ridotto rischio di trasportare in sospensione oggetti voluminosi. Per tale motivo la caditoia ove installare PozzettoSfera deve essere destinata a drenare superfici pavimentate rifinite in asfalto, pietra, porfido, calcestruzzo o comunque rifinite con rivestimento di tipo impermeabile; dette superfici devono essere prive di terreni o particelle fini colloidali in quantità elevata e a rischio dilavamento (come depositi di terra fine, accumuli di sabbia, accumuli di materiale organico, ecc…). Preferibilmente il pozzetto dove inserire PozzettoSfera dovrebbe essere dotato di caditoia a nido d’ape (le caditoie a feritoia agevolano maggiormente l’ingresso di materiali intasanti).
E’ sconsigliabile installare PozzettoSfera in pozzetti-caditoia per i quali sono prevedibili rarissime immissioni di acqua di pioggia. L’immissione dell’acqua di pioggia permette infatti l’azione pulente dei bordi del foro centrale della piastra e l’azione pulente della superficie della sfera; con l’immissione di acqua di pioggia vengono inoltre ridotti i rischi di formazione di depositi stabili di materiale intasante sulla superficie della piastra. La perdurante mancanza di acqua di pioggia in transito agevola la sedimentazione permanente di materiale sulla superficie della piastra ed aumenta il rischio di blocco del movimento della sfera.
Se il carico d’acqua sopra la caditoia assume proporzioni catastrofiche (ad esempio fenomeni alluvionali che comportano un tirante idrico sull’estradosso della caditoia maggiore di circa 5-10 cm) esiste il rischio di blocco del movimento della sfera e quindi di blocco del deflusso verso il fondo del pozzetto. Per tale motivo é sconsigliabile installare PozzettoSfera in pozzetti-caditoia vistosamente sottodimensionati in relazione all’area afferente da drenare.
Nei casi dubbi, per tener conto delle sopracitate controindicazioni, si consiglia l’attivazione di un sito di prova su cui sperimentare il comportamento di un paio di PozzettoSfera per un periodo non inferiore ad almeno 12/24 mesi.
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MODALITA’ DI INSTALLAZIONE
Passaggio 1)
Valutare innanzitutto l’idoneità del pozzetto ad ospitarePozzettoSfera (vedi i limiti di utilizzo accennati in precedenza. Rimuovere la caditoia (Figura 4).
Figura 4
Passaggio 2)
Controllare la sezione interna del pozzetto. A seconda della sezione andrà scelto il modello appropriato di PozzettoSfera.
Passaggio 3)
Controllare l’idoneità della luce di accesso. La sezione netta lasciata dal supporto in ghisa della caditoia deve permettere il passaggio di PozzettoSfera (vedi Figura 5).
Figura 5
Passaggio 4)
Controllare l’assenza di disallineamenti significativi fra le pareti interne del pozzetto ed i corrispondenti spigoli interni del supporto in ghisa della caditoia (deve essere garantita la possibilità di poter movimentare e posizionare correttamente PozzettoSfera). Controllare inoltre che il sistema di scarico del pozzetto non sia troppo alto: il punto più alto del tubo di scarico sul fondo del pozzetto deve trovarsi ad una distanza dell’intradosso della caditoia superiore da quella del punto di fissaggio dei supporti di almeno 2 cm (vedi Figura 6).
Figura 6
Passaggio 5)
Pulire fondo e pareti del pozzetto da residui e sfridi di malta. Segnare i punti di posizionamento dei tasselli. Utilizzando un trapano a basso voltaggio ed a percussione creare 1 foro con punta da 9 mm sulla mezzeria di ogni lato interno del pozzetto esattamente alla distanza dalla parte centrale dell’intradosso della caditoia fissata dal modello da installare di PozzettoSfera (vedi Figura 7).
Figura 7
Passaggio 6)
Fissare i 4 supporti (tasselli a occhiello posizionati orizzontalmente). Se i fori sono stati eseguiti inclinati piegare ogni singolo occhiello per renderlo orizzontale (vedi Figura 8).
Figura 8
Passaggio 7)
Inserire delicatamente la piastra forata entro il pozzetto. La presenza della guarnizione EPDM ai bordi dovrebbe facilitare l’operazione in quanto la sezione rigida della piastra presenta dimensioni inferiori alla larghezza interna del pozzetto. Al contempo la presenza di “funghetti” nella parte terminale delle astine riduce il rischio di subire abrasioni e tagli alle mani e agli arti (vedi Figura 2).
Passaggio 8)
Controllare che PozzettoSfera risulti perfettamente orizzontale ed “appoggiato” su tutti i tasselli a occhiello (vedi Figura 9).
Figura 9
Passaggio 9)
Assicurarsi che i bordi della piastra in gomma EPDM risultino rivolti verso la parte alta del pozzetto. In tal modo si evitano ristagni d’acqua ai bordi della piastra (vedi Figura 10).
Figura 10
Passaggio 10)
Inserire nel pozzetto la sfera e posizionare la stessa sfera sopra il foro centrale della piastra (vedi Figura 2).
Passaggio 11)
Accertarsi della corretta installazione e del corretto funzionamento di PozzettoSfera svuotando un secchio d’acqua dentro il pozzetto-caditoia. La palla deve ritornare nella posizione originale di chiusura del foro (vedi Figura 11).
Figura 11
Passaggio 12)
Riposizionare la caditoia a chiusura del pozzetto (Figura 12) e programmare gli interventi di manutenzione. Inizialmente la frequenza degli interventi di manutenzione deve essere impostata su valori elevati; con l’andar del tempo, a seconda del comportamento del sistema con riferimento al rischio intasamento, la frequenza di manutenzione potrà essere via via minore.
Prendendo a riferimento le figure seguenti vengono presentati alcuni schemi per la realizzazione di un pozzettone di controllo in uscita delle acque la laminare (pozzetto di laminazione). Si espongono inoltre alcune considerazioni circa il dimensionamento del pozzettone di laminazione.
Figura 1 – Prospettive di un pozzetto di laminazione
Nei due spaccati di Figura 1 è evidente il collettore di arrivo F (ad esempio dall’anello di fognatura bianca a diametro maggiorato, destinato a recuperare volume d’invaso, collocato attorno all’edificio) che sbocca in B entro lo scatolare L. Il pozzettone viene diviso da un muretto E con profilo sfiorante D. L’acqua in arrivo dall’anello di invaso perviene al vano M dove subisce una parziale riduzione del materiale trasportato per la presenza di un’altezza di deposito I. Nel vano M il pelo libero si alza fino a riempire il volume di invaso. Con A indichiamo i manufatti necessari a proteggere le luci di deflusso parzializzato (ad es. griglie). Il profilo sfiorante D risulta grossomodo in linea col filo superiore della tubazione F. Con semplice luce di deflusso a forma circolare la portata in uscita varia fra il valore 0 (tirante uguale allo scorrimento del tubo) e il valore massimo al momento dello sfioro in D.
Esistono in commercio manufatti da collocare in A in grado di garantire il valore costante della portata di laminazione fra i due estremi di tirante indicati (ad es. la valvola di Mosbaek); con detti manufatti è possibile mantenere sensibilmente costante lo scarico dell’acqua al vano di valle H in modo invariante rispetto il livello del pelo libero in M e in tal modo ottenendo il miglior rendimento del processo di laminazione.
E’ buona norma munire gli sbocchi delle luci di deflusso sono protetti da “porte”G anti-riflusso. Al tempo di ritorno fissato per il dimensionamento del sistema, l’acqua sfrutta tutto l’invaso di monte e si alza fino a raggiungere il bordo di sfioro D; al tempo di ritorno fissato per la verifica si dimensiona lo stramazzo in modo da far transitare con sicurezza l’acqua in eccesso (differenza tra acqua in arrivo da monte e acqua che transita nelle valvole A).
Figura 2 – Pianta e sezione del pozzettone di laminazione
I parametri da
dimensionare sono:
B = Larghezza interna pozzetto = lunghezza sfioratore (cm). Il valore deve essere scelto in base alle misure commerciali possibili (prevedendo un manufatto in calcestruzzo armato prefabbricato) e in base alla larghezza di stramazzo necessaria a far passare la portata di verifica del sistema con tempo di ritorno elevato (ad esempio di 100 anni). Nella stragrande maggioranza dei casi e per aree del lotto idraulico minori di 5.0000-10.000 m2 tale valore varia fra 120 e 150 cm.
Figura 3 – Sezione longitudinale del pozzetto di laminazione.
L = Lunghezza interna del pozzetto (cm). In genere pari a B (misure commerciali di pozzetti prefabbricati).
Du = Diametro del tubo in uscita (cm). In genere conviene sia pari al diametro di ingresso; ma non c’è motivo per non prevedere anche un valore minore.
Di = Diametro del tubo in ingresso (cm). Valore fisso normalmente pari a 80cm o 100cm in caso di lotto idraulico inferiore all’ettaro di superficie. Oppure corrisponde al tirante massimo raggiungibile nel caso di volume d’invaso ottenuto utilizzando sezioni trapezoidali a cielo aperto.
HTU= Quota filo inferiore (scorrimento) del tubo in uscita (m s.r.). Dipende dalle condizioni geometriche di posa della rete a monte e dai vincoli imposti al sistema di laminazione.
LU = Lunghezza del vano di carico (cm). In genere pari alla metà di L.
Li = Lunghezza del vano di arrivo (cm). In genere sono da prevedere almeno 60 cm (necessari alle operazioni di manutenzione).
HTi = Quota filo inferiore (scorrimento) del tubo di ingresso (m s.r.). Detto valore deve coincidere sempre con la quota dell’asse del foro di scarico.
HV= Altezza deposito materiale sedimentabile (HTi–HTU) in (m). Valore maggiore o uguale a 15-20 cm.
ФA = Diametro foro sul muretto verso monte (cm). Valore che deriva dal dimensionamento idraulico. Motivazioni di ordine pratico consigliano di non scendere mai sotto il valore di 3-4 cm (cfr. problema intasamento).
ФB = Diametro foro sul muretto ФB>ФA (cm). Valore tipo 20 cm.
HS = Distanza sfioro – intradosso copertura (cm). Almeno 40 cm.
LS = Distanza minima fra foro-parete e foro-foro (cm). Almeno 20 cm.
DH = Differenza fra quota filo superiore tubo e quota di sfioro (cm). Tra 0 e 5 cm.
LM = Larghezza muro stramazzo (cm). Dipende da considerazioni di natura statica (cfr. spinta dell’acqua).
QU = Portata massima dal foro al limite di sfioro (l/s). Il valore dipende dalle elaborazioni idrauliche.
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CONSIDERAZIONI SUL PUNTO DI SCARICO
Il punto di scarico può assumere varie conformazioni, in genere riconducibili alle due situazioni evidenziate nella figura successiva:
caso A = scarico in pozzetto di fognatura (Figura 4)e
caso B = scarico in canale a cielo aperto (Figura 5).
Figura 4
Figura 5
Nella progettazione dello scarico il parametro più importante è Hcrit cioè la quota massima che raggiunge il pelo libero, nel ricevente, durante i grandi eventi di pioggia.
Se Hcrit risulta maggiore di HTi occorre dotare i fori nel pozzettone di laminazione di valvole di non ritorno. Un valore massimo consigliabile per Hcrit è il valore di quota ottenuto sommando ad HTi il diametro del tubo di laminazione; se il valore supera detto valore non può essere garantita la laminazionein quanto ovviamente l’acqua rigurgita all’interno direttamente dallo stramazzo di controllo.
Con valori di Hcrit compresi fra HTi e HTi+Di converrà, per sicurezza, aumentare convenientemente la lunghezza del tubo di laminazione utilizzando un coefficiente correttivo C1, espresso come aliquota decimale da sommare all’unità con cui correggere il valore L calcolato. Si può porre C1=0 quando Hcrit é sempre minore o uguale a HTi e C1=0,8 quando Hcrit può assumere un valore pari a HTi+Di (eventualmente con interpolazione lineare per situazioni intermedie).
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PARTICOLARI DELLA STROZZATURA IDRAULICA
La strozzatura idraulica sul muretto del pozzetto di laminazione può essere eseguita, senza spesa eccessiva, nel modo visualizzato nella Figura 6 successiva. Il sistema evidenziato è studiato in modo da ridurre i rischio intasamento nel foro di passaggio.
Figura 6
E’ consigliabile utilizzare carpenteria in acciaio inox in modo da ridurre gli interventi di manutenzione.
La strozzatura ΦA è ovviamente sensibile a fenomeni di intasamento collegati alla presenza di materiale intasante entro il volume di laminazione (sacchetti di plastica, materiale in sospensione, ecc…).
Il ritardo con cui una goccia si presenta alla sezione di chiusura di un bacino dipende dal punto in cui essa è caduta; detto ritardo prende il nome di tempo di corrivazione del punto. Il tempo di ritardo massimo prende il nome di tempo di corrivazione del bacino e viene qui indicato con tC. I luoghi dei punti caratterizzati da uno stesso valore del tempo di corrivazione vengono detti linee isocorrive; la curva che per assegnato valore del tempo di corrivazione fornisce l’area della porzione di bacino i cui punti hanno tempi di corrivazione t≤tC prende il nome di curva aree-tempi del bacino.
Supponendo di aver tracciato le linee isocorrive con passo temporale Dtall’interno del quale l’intensità di precipitazione possa considerarsi costante, linearizzata la curva aree-tempi in ciascun intervallo, si ha che l’idrogramma di portata qK(t) che attraversa la k−1ma isocorriva in seguito alla precipitazione di intensità iJ, caduta nell’intervallo tJ−1=(j−1)Dt e tJ=jDt sulla porzione di bacino di area DAK compresa tra le isocorrive (k−1)Dt e kDt è descritto dalle equazioni:
se tJ-1≤t≤tJ vale qK(t)= (iJDAK/Dt)(t-tJ-1);
se tJ≤t≤tJ+1 vale qK(t)= (iJDAK/Dt)(tJ-t);
se t≥tJ+1 vale qK(t)=0.
La forma della curva di piena è triangolare dove qK(t) assume il valore 0 per t=(J-1)Dt, qK(t)=iJDAK per t=JDt e di nuovo qK(t)=0 per t=(J+1)Dt; il tempo alla base dell’idrogramma di piena é pari a 2Dt. L’idrogramma di portata che attraversa la sezione di chiusura in seguito alla precipitazione caduta nell’intervallo (j−1)Dt e jDt sull’area DAK si ottiene traslando nel tempo l’idrogramma di piena illustrato di un intervallo pari a (K-1)Dt; quindi il valore al colmo DAKiJ giungerà alla sezione di chiusura al tempo (j+K-1)Dt. L’idrogramma di piena complessivo si ottiene sommando i contributi delle varie aree che giungono al medesimo istante alla sezione di chiusura. Le ipotesi di linearità e stazionarietà consentono di semplificare la modellazione dei fenomeni di piena; in particolare:
un sistema si dice stazionario quando a due ingressi uguali sfasati nel tempo di un certo intervallo di tempo corrispondono due uscite uguali sfasate dello stesso intervallo temporale;
un sistema si dice lineare quando ad un ingresso combinazione lineare di due ingressi corrisponde un’uscita combinazione lineare secondo medesimi coefficienti moltiplicativi delle uscite relative agli stessi ingressi.
Con linearità e con stazionarietàla relazione tra ingresso p(t) e uscita q(t) assume la forma di un’equazione lineare differenziale a coefficienti costanti che ha come soluzione l’integrale di convoluzione
q(t)=∫0tp(τ)h(t-τ)dτ
essendo h(t) l’idrogramma unitario istantaneo [h(t) dimensionalmente è l’inverso del tempo].
Il modello cinematico del tempo di corrivazione si configura quindi come un particolare modello lineare e stazionario schematizzabile come un insieme di infiniti canali lineari in parallelo; a ciascun elemento di area SI del bacino si può associare un canale lineare il cui ritardo caratteristico coincide con il tempo di corrivazione del punto. Con tale modello la portata massima si verifica in corrispondenza ad una durata della precipitazione maggiore o uguale al tempo di corrivazione e viene mantenuta per un tempo tP-tC essendo tP la durata della precipitazione. Per un ipotetico bacino in cui la curva area-tempi risulta lineare, ovvero S(t)=STt/tC (essendo ST l’area totale del bacino) e nel caso di una pioggia netta di intensità costante i e durata tP abbiamo il seguente idrogramma di piena:
nel caso tP≤tC, a1) con t≤tP vale q(t)= iSTt/tC; a2) con tP≤t≤tC vale q(t)= iSTtP/tC; a3) con tC≤t≤tC+tP vale q(t)= iST(1-((t-tP)/tC)); infine a4) con t≥tC+tP vale q(t)=0;
nel caso tP≥tC, b1) con t≤tC vale q(t)= iSTt/tC; b2) con tC≤t≤tP vale q(t)= iST; b3) con tP≤t≤tC+tP vale q(t)= iST(1-((t-tP)/tC)); infine b4) con t≥tC+tP vale q(t)=0.
La rappresentazione del deflusso sopra descritta indica come il tempo di corrivazione tC eserciti, almeno per le piogge di durata inferiore, una sorta di effetto moderatore in confronto alla portata massima che si avrebbe se allo sbocco ci fosse la contribuzione simultanea dell’intero bacino; se la durata della pioggia è pari al tempo di corrivazione c’è un trascurabile effetto di ritardo nella moderazione della portata. Nel caso di funzione di pioggia a due parametri del tipo h=atn la portata media che affluisce sul bacino per unità di superficie è data da J=atn-1e si può indicare la portata media per unità di superficie che raggiunge la sezione di chiusura il valore Jm=atn/(t+tC). Il valore massimo di Jm al variare della durata della precipitazione è dato dalla equazione differenziale dJ(t)/dt=d(atn/(t+tC))/dt=0 che fornisce n soluzioni per valori nulli della durata critica tCRIT e una, ed una sola, soluzione fisicamente accettabile per tCRIT=tC/((1/n)-1); nel momento in cui si verifica la massima portata lorda per unità di superficie alla sezione di chiusura la relazione tCRIT=tC/((1/n)-1) correla la durata critica tCRIT della precipitazione ed il tempo di corrivazione tC.
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STABILIZZAZIONE IDRAULICA BASE
Il principio di stabilizzazione idraulica base (meglio conosciuto con il termine invarianza idraulica) prevede che la curva di piena generata da un bacino, dopo modifica urbanistica o edilizia all’uso del suolo, sviluppi una portata massima dello stesso ordine di grandezza di quella che si sviluppa ante modifica dello stesso uso del suolo. Nelle problematiche di mitigazione idraulica, a parità di tempo di ritorno dell’evento pluviometrico, é importante determinare la durata di precipitazione critica tCRIT e il corrispondente massimo valore del volume di detenzione (che qui indicheremo con VCRIT); la conoscenza di VCRIT permette di predisporre le opere di difesa idraulica destinate a far acquisire la stabilizzazione idraulica base dell’intervento.
Figura 1
Indichiamo con Ψ1 il coefficiente di afflusso orario, con S l’area del bacino, con j l’intensità efficace di pioggia, con QM la portata massima in corrispondenza ad un tempo pari al tempo di corrivazione tC del bacino con uso futuro del suolo, QL la portata di laminazione (portata massima in condizioni attuali di uso del suolo ovvero portata su cui tarare il processo di mitigazione); indichiamo inoltre al solito con a ed n i coefficienti della curva di possibilità pluviometrica monomia a due parametri. Dai fondamenti del metodo della corrivazione deriva che al variare della durata tP della precipitazione varia il volume da invasare per fare in modo che la portata in uscita non sia mai superiore alla portata di laminazione QL(il volume é rappresentato in Figura 1 dalla superficie ABCD nella ipotesi che la portata di laminazione abbia andamento lineare dall’inizio del fenomeno con valore 0 sino al punto t* con valore QL). Si dimostra che
V=QItP-tPQL*0,5-tCQL*0,5
essendo
QI=JS=Ψ1SatP((4n/3)-1) .
Derivando rispetto a tP la relazione precedente e ponendo uguale a zero la stessa derivata si ricava il valore di tP critico che massimizza l’invaso. Indicando con tCRIT il valore critico di tP vale la relazione (G. Zen, 2008):
e il volume critico si può stimare con la relazione (G. Zen, 2008):
Nelle problematiche di mitigazione idraulica per detenzione andrà applicato il concetto di stabilizzazione idraulica base determinando innanzitutto la portata massima QM1 nella situazione attuale di uso del suolo, essendo tC=tC1 (tempo di corrivazione nella situazione ante intervento), ponendo inoltre Ψ1=Ψ1ORA ovvero il coefficiente di afflusso medio orario relativo alla situazione attuale; successivamente verrà posto QL=QM1.
Definite le modalità di acquisizione dell’invaso (tubi interrati, canale, fossato, vasca o altro) si tratterà di definire come garantire il controllo della portata allo scarico, da tarare in corrispondenza al tirante massimo sulla portata di laminazione QL, e di dimensionare infine i volumi di detenzione con la precedente relazione [B].
Con l’utilizzo di una curva di pioggia a tre parametri del tipo h=at/(b+t)c le relazioni precedenti diventano:
Indicando con vCRITil volume specifico (su unità di superficie del bacino) in condizioni di pioggia critica, con uCRIT il coefficiente udometrico con pioggia critica, con uL il coefficiente udometrico di laminazione, vale la relazione
vCRIT = uCRItCRI-tCRIuL*0,5-tCuL*0,5 .
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STABILIZZAZIONE IDRAULICA DEDUTTIVA
Consideriamo un bacino idrografico schematizzato nella Figura 2 seguente (area verde).
Figura 2
Entro il bacino principale consideriamo un sottobacino D (area arancione) nel quale è previsto un intervento di modificazione idrologica dell’uso del suolo (ad esempio la realizzazione di un piano di lottizzazione o di una strada). Ipotizziamo infine che entro il bacino principale (area verde) esista un’area C (a valle di D) interessata da esondazioni (area celeste).
Al fine di garantire condizioni di sostenibilità, entro l’area D, degli interventi di trasformazione del territorio da realizzare entro la stessa area D, si è visto come sia necessario prevedere opere di stabilizzazione idraulica base; in tal modo le curve di piena sviluppate dal sottobacino D comporteranno portate al colmo dello stesso ordine di grandezza sia prima che dopo l’intervento di trasformazione del territorio.
Vediamo ora come tener conto, partendo sempre dal concetto di stabilizzazione idraulica, dei fenomeni di esondazione che si verificano nell’area C; chiaramente l’intervento urbanistico in D non deve peggiorare la situazione in C.
… “non deve peggiorare” è normalmente imposto dalle leggi urbanistiche (ad esempio la legge regionale 11/2004 della Regione Veneto) …
In questo caso lo schema idrologico è completamente diverso: a parità di tempo di ritorno la portata massima transitabile in C è quella sviluppata da precipitazioni efficaci di durata pari al tempo di corrivazione tAC. Dal metodo della corrivazione è noto che la portata massima si verifica in corrispondenza ad una durata della precipitazione maggiore o uguale al tempo di corrivazione e rimane costante per un tempo pari alla differenza fra il tempo di pioggia e il tempo di corrivazione. Se ipotizziamo che per il bacino chiuso in C si abbia:
1) curva area-tempi lineare,
2) pioggia netta di intensità costante con durata pari al tempo di corrivazione e
3) per l’area D valga A(tD)=AT(tDC)/(tAC)
ne consegue il mantenimento del rapporto, fra portata massima e tempo di pioggia corrispondente, sia in D che in C. Applicare il concetto di stabilizzazione idraulica deduttiva vuol dire fare in modo che la curva di piena generata dal bacino D dopo le modifiche all’uso del suolo crei una portata massima alla sezione C dello stesso ordine di grandezza, comunque non superiore, di quella che si verificava prima della modifica dello stesso uso del suolo; ciò equivale a riapplicare il concetto di stabilizzazione idraulica base ove però la portata di laminazione QU non consegue al massimo di portata entro il sottobacino D (portata sviluppata da una pioggia di durata pari al corrispondente tempo di corrivazione) ma viene individuata da una precipitazione di durata tAC (tempo di corrivazione del bacino chiuso in C) che interessa sempre il sottobacino D ovviamente nelle condizioni di uso del suolo non variate. Indicheremo nel prosieguo convenzionalmente tAC come tempo di corrivazioneesterno, in contrapposizione al tempo di corrivazione proprio del sottobacino D.
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STABILIZZAZIONE IDRAULICA INDUTTIVA
Alcune caratteristiche del bacino chiuso in B (vedi Figura 2) possono portare ad un diverso approccio idraulico. Potrebbe risultare troppo oneroso, per risolvere i problemi di esondazione in C, intervenire con opere idrauliche fra D e C o anche fra C e B: ad esempio la conformazione assunta dal territorio antropizzato potrebbe presentare caratteristiche tali:
1) da non permettere di ricavare con oneri sopportabili volumi con cui laminare le piene e ridurre il rischio idraulico in C e
2) da non rendere fattibile la ricalibratura della rete idrografica fra D e B.
D’altro canto in determinare situazioni può prevalere una strategia di intervento che predilige il controllo alla fonte (al contrario del controllo terminale); le opportunità più economiche e più semplici di gestione dell’acqua di pioggia potrebbero collocarsi infatti alla sorgente del deflusso, cioè dove il deflusso si forma. Ad esempio l’area chiusa in D potrebbe essere già completamente impermeabilizzata e non è detto che non sia conveniente, senza oneri economici elevati, operare con tecniche di mitigazione idraulica in D al fine di ridurre le portate alla sezione di chiusura B (il discorso è ovviamente indipendente dal fatto che in D venga previsto o meno alcun intervento di impermeabilizzazione del suolo); si parla allora di stabilizzazione idraulica induttiva.
Similmente al paragrafo precedente ipotizziamo che per il bacino chiuso in B valgano le ipotesi di linearità e stazionarietà e sia applicabile il modello cinematico lineare e stazionario (modello della corrivazione). La portata massima si verifica quindi in corrispondenza ad una durata della precipitazione uguale al tempo di corrivazione e per durate maggiori rimane su valori massimi per un tempo pari alla differenza fra il tempo di pioggia e il tempo di corrivazione.
Allo stesso modo ipotizzamo che per il bacino chiuso in B si abbia:
a) una curva area-tempi lineare,
b) la pioggia netta di intensità costante e infine
c) per l’area D valga
A(tD)=AT(tDC+tCB)/(tAC+tCB) .
Con tali ipotesi consegue il mantenimento del rapporto, fra portata massima e tempo di pioggia corrispondente, sia in D che in B.
Si può dimostrare che, come nel caso della stabilizzazione idraulica deduttiva, anche nel caso della stabilizzazione idraulica induttiva possiamo riportarci alle modalità di calcolo idraulico della stabilizzazione idraulica base, una volta definita l’aliquota di riduzione del contributo di portata massima del sottobacino D, che qui indichiamo con P; si dimostra che la portata di laminazione è pari a (1-P) moltiplicato la portata massima alla sezione B (calcolata nella situazione attuale di uso del suolo con tempo di pioggia pari a tAC+tCB) moltiplicato ancora per il rapporto fra il tempo di corrivazione del sottobacino D nella situazione attuale di uso del suolo e tAC+tCB.
Detta portata di laminazione può altresì ottenersi da un coefficiente udometrico massimo il cui significato fisico dovrebbe però essere correlato alla relazione innanzi illustrata.
Nei territori con strati superficiali di suolo a permeabilità elevata è possibile conferire nel sottosuolo le acque di pioggia previo trattamento delle stesse per l’eliminazione del materiale trasportato in sospensione.
Figura 1 – Parti prefabbricate per pozzi di dispersione
I pozzi di infiltrazione (vedi Figura 1) sono realizzati assemblando semplici manufatti prefabbricati in calcestruzzo (piastre circolari, anelli di dispersione perdenti, anelli a tenuta). Tale manufatto oltre ad avviare nel sottosuolo l’acqua di pioggia deve permettere la decantazione del materiale solido normalmente presente nei reflui di fognatura bianca originati da superfici residenziali e/o produttive/commerciali (in questo ultimo caso con attività necessariamente non inquinanti). Si espone ora una possibile soluzione ad abbinare volumi di dispersione con volumi di decantazione.
Figura 2
L’acqua di drenaggio viene fatta confluire ad un vano interrato V1 composto da anelli a tenuta C e da due piastre di copertura B (vedi Figura 2 e Figura 3); ambedue le piastre sono dotate di aperture per la manutenzione (a piano campagna un passo d’uomo D presidiato da un chiusino A e sul fondo della vasca V1 un chiusino in calcestruzzo I).
Figura 3 – Particolare vano interrato V1 del pozzo tipo di dispersione
Il numero minimo di anelli a tenuta tipo C è normalmente 2, ma potranno prevedersi altri anelli in funzione del valore della quota di scorrimento del tubo F in arrivo rispetto al piano campagna (Ht). Sulla piastra inferiore B viene ricavato un ulteriore foro su cui si inserisce uno spezzone di tubo avente diametro pari a 1,5 volte quello del tubo in arrivo (tubo H); il tubo H permette il collegamento fra vano superiore V1 e vano inferiore V2. Il vano inferiore V2 (vedi Figura 4) è formato da anelli di dispersione L appoggiati su un cordolo N in calcestruzzo armato.
Figura 4 – Particolare vano interrato V2 del pozzo tipo di dispersione
Il funzionamento del manufatto così assemblato è semplice: quando l’acqua di pioggia in arrivo dal tubo F entro il vano V1 supera l’altezza del tubo H (indicata con Hs) inizia a sfiorare entro il tubo H e passa alla camera inferiore V2; il tempo di permanenza dell’acqua di pioggia nella camera superiore V1 permette la separazione della parte solida presente sul refluo in arrivo (deposito sedimento indicato con G). Procederemo ora a determinare le modalità di dimensionamento del pozzo perdente. Le ipotesi su cui si basa la procedura sono:
1) si ipotizza che eventuali livelli di falda freatica non creano disturbo ne arrivano a minare l’operatività del pozzo perdente. L’ipotesi è plausibile soprattutto in territori ove le vie d’acqua risultano fortemente “incassate” rispetto al contesto morfologico circostante;
2) il terreno circostante il pozzo di dispersione risulta permeabile. Ai fini della presente nota ipotizziamo che il terreno circostante sia caratterizzato da un coefficiente medio di infiltrazione Ks pari a 5*10-5m/sec = 5*10-3cm/sec (valore caratteristico per sabbia fine). Ricordiamo che la conduttività idraulica Ks dipende fortemente dalla temperatura (una diminuzione della temperatura da 25 a 5°C comporta un decremento del 40% della stessa conduttività);
3) la determinazione dei parametri di dimensionamento deve essere eseguita sulla base di curve di possibilità pluviometrica valevoli per il territorio di posa del disperdente relativamente a tempi di ritorno degli eventi massimi annuali di precipitazione almeno non inferiori a 50 anni.
DIMENSIONAMENTO DEL VANO DI DISPERSIONE
Per il dimensionamento degli anelli di dispersione nel vano inferiore V2 si esegue una comparazione fra il flusso di acqua di pioggia in arrivo, il coefficiente medio di conduttività idraulica Ks relativo al suolo nell’intorno del pozzo ed il volume immagazzinabile. Facciamo riferimento allo schema rappresentato nella Figura 5 seguente.
Figura 5 – Schema per il modello di calcolo
Assegnato il tempo di ritorno TR della precipitazione, e quindi le curve di possibilità pluviometrica che regolano la quantità di precipitazione da trattare, uno dei metodi di calcolo più utilizzati comporta l’utilizzo ricorsivo della relazione:
V=J*Ai*t–Ks*Sc*t(1)
essendo V il volume massimo immagazzinabile all’interno del pozzo di infiltrazione (m3); J l’intensità di precipitazione (m/s); Ai l’area “efficace” del bacino drenato (ovvero l’area “ridotta” del bacino drenato a coefficiente di deflusso fittizio pari a 1); t la durata della precipitazione critica (sec); Ks la conduttività idraulica (m/s); Sc l’effettiva superficie di infiltrazione (base della campana di infiltrazione) in m2.
Qualora il volume V sia riempito con materiale in grado di garantire un porosità N avremo Ve = volume effettivo = volume dei vuoti = N*V. Tale relazione fra volume effettivo e volume totale risulta utile per tener conto della presenza di eventuali ammassi granulari sotto il volume di dispersione V2 (vedi Figura 2).
Per stimare l’effettiva area di infiltrazione si utilizzare la relazione
Sc=A1*SiN1
essendo Si l’area di base dell’anello di dispersione,
A1=2740,5*Ks0,5086
ed
N1=0,0168*Ks-0,2893 .
… vedi l’articolo di Freni G., Oliveri E., Viviani G., “Infiltration facilities design: comparison between simplified approaches and detailed physically based modelling”, Novatech 2004 …
Ai fini della presente nota consideriamo ora i dati di precipitazione relativi alla stazione pluviometrografica di Bassano del Grappa (VI); dati opportunamente rielaborati in modo da determinare per il tempo di ritorno di 50 anni le curve di precipitazione espresse nella formula monomia
h=atn .
Le curve vengono ricavate per precisi intervalli temporali e di conseguenza vengono determinate varie coppie di valori a ed n eseguendo i calcoli statistico-probabilistici adottando la funzione di probabilità EV1 con adattamento al campione secondo i momenti pesati in probabilità.
Riassumiamo di seguito i risultati delle elaborazioni (R=coefficiente di correlazione):
per durate fra 15 e 45 min: h=66,27t0,560 con R=1
per durate fra 30 e 60 min: h=64,22t0,498 con R=0,999
per durate fra 45 e 180 min: h=61,72t0,232 con R=0,983
per durate fra 60 e 360 min: h=63,80t0,199 con R=1
per durate fra 180 e 720 min: h=59,89t0,245 con R=0,996
per durate fra 360 e 1440 min: h=53,44t0,297 con R=1 .
E’ stato infine predisposto infine un piccolo modello di calcolo basato sull’uso ricorsivo della formula (1); fissati i valori Ai, Ks e Sc la relazione (1) è stata applicata iterativamente fino a coprire tutti i tipi di pioggia compresi fra 10 min e 1440 min arrivando parallelamente a determinare il valore massimo raggiunto dal parametro V. I risultati delle elaborazioni sono riassunti nel grafico evidenziato nella seguente Figura 6.
Figura 6 – Grafico per il dimensionamento dei pozzi disperdenti con la pioggia tipica di Bassano del Grappa (VI)
L’uso del diagramma in Figura 6 è immediato. Una volta definita l’area impermeabile di monte è possibile determinare facilmente la combinazione fra diametro interno D degli anelli disperdenti e l’altezza H (parte effettivamente disperdente) del pozzo. Si rimanda il lettore all’esempio applicativo presentato alla fine della nota.
DIMENSIONAMENTO DEL VANO DI SEDIMENTAZIONE
Dimostreremo ora che il dimensionamento idraulico permette indirettamente il corretto dimensionamento del volume V1 (vedi Figura 3) dove avviene la sedimentazione del materiale trasportato in sospensione. Si dimostrerà in particolare che, tenendo conto della geometria dei manufatti prefabbricati presenti in commercio, una volta dimensionato il comparto di infiltrazione V2 risulta allo stesso modo dimensionato anche il comparto di sedimentazione V1.
Il dimensionamento del comparto di sedimentazione viene eseguito utilizzando la legge di Stokes; la legge di Stokes permette di stimare la velocità di sedimentazione Vs:
Vs=((ROS–ROL)xgxDP2)/(18xMU)
essendo ROS la densità media della particella, ROL la densità dell’acqua, DP il diametro della particella, g l’accelerazione di gravità e MU la viscosità cinematica dell’acqua. Ponendo come obiettivo la separazione delle particelle con diametro DP>0,2 mm si ottiene una velocità teorica di sedimentazione pari a Vs=1,1 cm/sec; nel nostro caso all’interno del comparto di sedimentazione (definito dall’anello più basso che compone il volume V1, vedi Figura 3) l’altezza massima dell’acqua al momento dello sfioro verso il comparto di infiltrazione è pari a circa 45 cm
… in genere Ha (vedi Figura 2 o Figura 3) è pari a 50 cm (misura commerciale); Hs può essere dell’ordine dei 45 cm, Ht dell’ordine dei 55 cm e Hp dell’ordine dei 60 cm …
e quindi il tempo di sedimentazione è stimabile in 41 sec. La superficie del comparto di sedimentazione minima, tale da garantire un carico superficiale minore della velocità di sedimentazione, vale 0,502 m2 per l’anello di dispersione da 80 cm di diametro, 0,785 m2 per l’anello con diametro 1 m, 1,767 m2 per il diametro 1,5 m; 3.142 m2 per il diametro 2 m ed infine 4,909 m2 per il diametro 250 cm. Per tali superficie la portata media massima accettabile in entrata è pari a 0,011*(3.141592*Da2/4).
In definitiva abbiamo 5,5 l/s per il diametro 0,8 m; 8,6 l/s per il diametro 1 m; 19,4 l/s per 1,5 m di diametro; 34,5 l/s per il diametro 2 m ed infine 54 l/s per l’anello da 250 cm. Considerando una intensità di pioggia di 0,10 m/ora = 0,027 mm/sec ed un coefficiente di deflusso unitario, alle portate sopraesposte corrispondono secondo il metodo della corrivazione le superfici drenanti rispettivamente di 198 m2, 310 m2, 698 m2, 1242 m2 e 1944 m2.
Come di può facilmente osservare detti valori sono sempre maggiori dei corrispondenti valori di area drenante gestita dagli anelli di dispersione fino alla profondità di 6 m (vedi grafico in Figura 6) e quindi il comparto di sedimentazione nei termini proposti in Figura 3risulta sempre adeguato allo scopo.
CARATTERISTICHE DEI MANUFATTI CHE FORMANO IL DISPERSORE
Tubo di immissioneF. Il tubo F dovrà essere sufficientemente grande da facilitare la manutenzione periodica (almeno 150-250 mm di diametro) e dovrà avere un pendenza sufficiente a impedire il deposito di sedimenti (almeno 1 cm per m). Nella vasca di decantazione V1 il tubo F dovrà sporgere di qualche decina di centimetri in modo che lo scarico sia più vicino possibile al centro della vasca.
Vano di decantazione. E’ rappresentato dal volume V1 formato dagli anelli a tenuta C visualizzati in Figura 2 e in Figura 3; gli anelli a tenuta C si appoggiano sulla piastra B che copre il vano di infiltrazione e a loro volta sono coperti da una piastra B di copertura a piano campagna. L’accesso al vano di decantazione V1 dovrà essere facilitato in modo da poter celermente provvedere all’asporto del materiale sedimentato (deposito G); per tale motivo si può prevedere un accesso D avente diametro minimo 600 mm (se circolare) o lato minimo 600 mm (se quadrato). Il volume di decantazione entro il vano V1 è limitato dall’altezza Hs oltre il cui valore l’acqua comincia a tracimare attraverso il tubo H al vano inferiore di infiltrazione V2. Il volume offerto da Hs nella gran parte dei casi é sufficiente a garantire il deposito del materiale grossolano. La frequenza degli interventi per la rimozione del materiale sedimentato G dipenderà dalle caratteristiche dell’area di drenaggio, dipenderà cioè dalla capacità dell’area di monte di rilasciare materiale sedimentabile durante gli eventi di pioggia.
Vano di filtrazione. E’ rappresentato dal volume V2 racchiuso dagli anelli di dispersione L visualizzati in Figura 4; al vano di infiltrazione si potrà accedere attraverso il passo d’uomo D a mezzo del sigillo I.
E’
consigliabile che il pozzo di infiltrazione sia sempre posizionato con molta
attenzione rispetto ad edifici, corsi d’acqua o altri pozzi vicini; in via del
tutto cautelativa sarà bene che il manufatto sia posizionato almeno a 4-6 m
da edifici, almeno a 20-30 m da corsi d’acqua ed almeno 15-20 m da
pozzi.
Vediamo
altri elementi caratteristici:
Geotessuto. Una stuoia di geotessuto P deve separare il limite di scavo O dal manufatto di infiltrazione; il geotessuto deve inoltre rivestire gli anelli di dispersione e separare gli ammassi granulari realizzati con ghiaietto 20/30 dal terreno arido di riporto e sottofondo S.
Sottofondo in materiale granulare. La realizzazione dell’ammasso granulare di altezza Hg non è un particolare obbligatorio e quindi se ne può fare a meno. Va considerato però che se il riempimento viene eseguito con ghiaietto 20/30 mm per l’ammasso si può stimare una porosità pari a 0,4 (rapporto fra il volume dei vuoti entro l’ammasso e il volume totale). Quindi il volume identificato da Hg e dal diametro Da corrisponde ad un ulteriore anello di dispersione avente altezza paria Hg*0,4.
Tubo di troppo pienoT. Il tubo T dovrà essere sufficientemente grande da facilitare la manutenzione periodica (come per il tubo F almeno 150-250 mm di diametro) e dovrà avere un pendenza sufficiente a impedire il deposito di sedimenti (almeno 1 cm per m). La soglia di presa (definita dall’altezza Hp) dovrà collocarsi sopra Hs ma sotto la quota di scorrimento del tubo F.
La seguente Figura 7 visualizza le fasi realizzative di un manufatto di immissione in falda delle acque di pioggia in arrivo da aree residenziali o altro tipo ma tassativamente sempre a ridotto o nullo rischio inquinamento.
Figura 7
Fase 1. Si prepara lo scavo avente caratteristiche di profondità e larghezza dipendenti dai valori di dimensionamento determinati (valori Ht, Hg e numero di anelli di dispersione tipo L).
Fase 2. Si riveste pareti e fondo scavo con geotessuto di adeguata
resistenza, durata e capacità filtrante.
Fase 3. Fino a raggiungere l’altezza Hg si posa e si costipa il
ghiaietto 20/30 mm sul fondo dello scavo. Il ghiaietto deve essere
tassativamente lavato, scevro da particelle fini e di fiume (arrotondato).
Fase 4. Si esegue un cordolo di fondazione in corrispondenza dell’appoggio degli anelli di infiltrazione (in cemento armato); la parte interna del cordolo andrà riempita con ghiaietto similare a quello utilizzato nella Fase 3.
Fase 5. Posa degli anelli di dispersione per realizzare il vano V2, aventi diametro Da ed altezza Ha. Sopra gli anelli viene posata una piastra con passo d’uomo per consentire la manutenzione straordinaria dello stesso vano V2; viene infine rivestita con geotessuto la parete esterna degli anelli di dispersione. Gli elementi in calcestruzzo prefabbricato devono essere reciprocamente ammorsati con malta di cemento espansiva.
Fase 6. Riempimento dello spazio fra gli anelli del vano V2 e le pareti dello scavo con ghiaietto delle medesime caratteristiche presenti alla Fase 3. Formazione di un foro sulla piastra B di copertura del vano V2 ed ammorsamento di un tubo H di diametro pari ad almeno 1,5 volte il diametro F del tubo di scarico dell’acqua di pioggia. Lo spezzone del tubo deve sporgere sopra la piastra B di copertura del vano V2 per almeno l’80% dell’altezza Ha degli anelli di dispersione. Prima di passare alla fase successiva viene collocato sulla verticale del tubo H una piastra M in calcestruzzo armato prefabbricato a presidio antierosione del fondo del volume V2.
Fase 7. Posa di due anelli a tenuta per realizzare la prima parte del vano V1, anelli aventi diametro Da ed altezza Ha; gli anelli devono essere reciprocamente collegati con malta di cemento espansiva. Posa di stuoia di geotessuto sopra lo strato di ghiaietto 20/30 mm posato alla Fase 4 e stesa di terreno arido, costipato per strati non superiori a 25 cm fino ad arrivare alla quota di scorrimento del tubo F e del tubo T (se previsto).
Fase 8. Posa dell’ultimo anello del vano V1, formazione dei fori sulle
pareti e posizionamento dei tronconi di tubo F e T (quest’ultimo
se previsto); i tubi vanno ammorsati utilizzando malta espansiva. I giunti che
collegano gli spezzoni di tubo posati ed i rimanenti collettori di scarico o di
troppo pieno devono essere collocati più vicino possibile alle pareti esterne
degli anelli tipo C.
Fase 9. Posa della piastra B di copertura del vano V1 e del
chiusino di accesso/manutenzione A. Il chiusino A deve avere
caratteristiche tali da non permettere il passaggio dei raggi di luce solare
entro il volume V1.
Fase 10. Rinterro con materiale arido sopra i tubi di scarico e/o di troppo
pieno e lavorazioni finali.
ESEMPIO APPLICATIVO
Il sistema avrà un’area di drenaggio ATOT composta da tipi diversi di uso del suolo e di trattamento della superficie. Per determinare AI, cioè la quantità di superficie impermeabile ovvero la superficie teorica di raccolta acqua, al netto di infiltrazione ed evaporazione, occorrerà di volta in volta fare una media pesata per tipologie di superficie attraverso opportuni coefficienti di afflussoΨM. In presenza di m superfici AJ ognuna dotata di coefficiente di afflussoΨMi il valore AI può quindi determinarsi con la seguente sommatoria estesa fra 1 ed m:
AI=ΣAJ·ΨMi .
Valori tipici di ΨM sono di seguito riassunti:
strade e piazze in asfalto o cls senza fughe: 0,90
strade e piazze in massello con fughe strette: 0,75
piazze e strade in ghiaia pressata: 0,60
piazze e strade in massello con fughe larghe: 0,50
piazze e strade in ghiaia non pressata: 0,30
piazze e strade in masselli autobloccanti e masselli drenanti: 0,25
piazze e strade in acciotolato erboso: 0,15
coperture pendenti in acciaio, cls impermeabile o vetro: 0,95
coperture pendenti in ardesia o materiale isolante: 0,90
coperture pendenti meno di 3° in acciaio, cls o vetro: 0,93
coperture pendenti meno di 3° in ardesia o materiale isolante: 0,90
coperture pendenti meno di 3° in ghiaia: 0,70
tetti verdi fino a 15° con spessore humus minore di 10 cm: 0,50
tetti verdi fino a 15° con spessore humus maggiore di 10 cm: 0,30 .
Ovviamente vale la relazione (con la sommatoria estesa fra 1 ed m) ATOT=ΣAJ .
Il diametro interno degli anelli di dispersione di tipo commerciale (valore Da evidenziato nella Figura 2) sono usualmente di 50, 80, 100, 150, 200 e 250 cm; ogni anello è normalmente alto 50 cm, indipendentemente dal diametro, e presenta un certo spessore minimo legato al sistema produttivo. Ogni anello perdente presenta un certo numero di fori di drenaggio (indicativamente di diametro variabile fra 8 e 15 cm); se questi fori sono ben distribuiti ed in numero sufficiente l’esatta determinazione o previsione degli stessi non influenza in modo significativo il calcolo idraulico.
Illustriamo ora un esempio di dimensionamento di un sistema di dispersione nel sottosuolo delle acque di pioggia a mezzo pozzi perdenti realizzati con anelli di filtrazione. Ipotizziamo di essere in presenza di un sottosuolo dotato di permeabilità non trascurabile, assimilabile a sabbia fina. In un lotto di terreno di complessivi 1.445 m2 l’uso futuro del suolo prevede 4 tipi idrologici di uso della superficie e, quindi, 4 valori dei coefficienti ΨMi:
A1 = strada in asfalto senza fughe per 250 m2, ΨM1=0,90
A2 = slargo stradale in ghiaia non pressata per 650 m2, ΨM2=0,30
A3 = park e pedonale in masselli drenanti per 255 m2, ΨM3=0,25
A4 = edifici con copertura pendente in cotto per 290 m2, ΨM4=0,90 .
Applicando la relazione AI=ΣAJ·ΨMi otteniamo quindi
AI=0,9×250+0,3×650+0,25×255+0,90×290=745 m2.
Utilizzando il grafico di Figura 6 deriva che la superficie di 745 m2 può essere coperta con 3 perdenti realizzati con anelli di dispersione da 2 m di diametro e 3 metri di altezza netta interna, in grado di coprire quindi 216,7*3=650,1 m2;
… si osservi che nel grafico di Figura 6 in corrispondenza a D=2 m ed H=3 m si ottiene Ai=216,7 m2…
i rimanenti 745-650,1=94,5 m2 verranno serviti da ammassi granulari sotto le fondazioni dei tre perdenti per i quali si ipotizza una valore di porosità pari a 0.4, quindi ognuno di spessore (9/650.1)*94,5/0,4/3=1,09 m.
Se lo scorrimento dei tubi di scarico si posiziona, per ogni perdente, a 100 cm di profondità dal piano campagna, lo scavo di ognuno dei tre pozzi sarà profondo 100+55+25+300+25+109=614 cm. Nel calcolo si è ipotizzato che le piastre di copertura siano spesse 25 cm e che l’area afferente di ogni perdente corrisponda ad 1/3 dell’intero lotto in termini di capacità di formare il flusso di pioggia (suddivisione dei dispersori per aree di drenaggio uguali).
Al concetto di consumo
del suolo si possono relazionare fenomeni assai diversi quali la perdita di
suolo fertile, la perdita di naturalità, l’occupazione della superficie
agricola per usi extragricoli, l’allargamento dell’impronta urbana, ecc… A
seguito di processi di impermeabilizzazione, in un ambiente antropizzato, la
riduzione della vegetazione, l’asportazione o il ricoprimento dello strato
superficiale di suolo ricco di sostanza organica e il conseguente insorgere di
fenomeni di compattazione, possono determinare fenomeni erosivi, grande
trasporto di sedimento, effetti indiretti sul microclima locale.
Nella L.R. Veneto 14/2017
… Disposizioni per il contenimento del consumo di suolo e modifiche della Legge Regionale 23 aprile 2004 n°11. Norme per il governo del territorio e in materia di paesaggio. …
il consumo di suolo viene definito incremento della superficie naturale e seminaturale interessata da interventi di impermeabilizzazione del suolo, o da interventi di copertura artificiale, scavo o rimozione, che ne compromettono le funzioni eco-sistemiche e le potenzialità produttive; il calcolo del consumo di suolo si ricava dal bilancio tra le predette superfici e quelle ripristinate a superficie naturale e seminaturale.
La stessa legge definisce impermeabilizzazione del suolo il cambiamento della natura o della copertura del suolo che ne elimina la permeabilità, impedendo alle acque meteoriche di raggiungere naturalmente la falda acquifera; tale cambiamento si verifica principalmente attraverso interventi di urbanizzazione, ma anche nel caso di compattazione del suolo dovuta alla presenza di infrastrutture, manufatti, depositi permanenti di materiali o attrezzature.
Escludendo attività di scavo o rimozione ciò che quindi qualifica maggiormente il consumo di suolo, in particolare compromettendo le funzioni eco-sistemiche, è sostanzialmente la riduzione o eliminazione della permeabilità naturale e, a seguire, la riduzione o eliminazione del conferimento dell’acqua di pioggia nel primo suolo e di seguito nella falda acquifera.
L’accenno della Legge regionale a funzionalità eco-sistemiche dei suoli è sostanziale; il suolo infatti fornisce benefici multipli e lo spreco comporta indiretta riduzione o annullamento di tali servizi. L’impermeabilizzazione, ad esempio, inibisce parzialmente o del tutto la possibilità del suolo di esplicare le proprie funzioni vitali; in particolare l’impermeabilizzazione riduce o annulla l’infiltrazione dell’acqua, diminuisce o annulla la traspirazione, diminuisce l’umidità, diminuisce o annulla la ricarica delle falde, sottrae suolo ad altri usi, impedisce o limita le funzioni ecologiche (es. stoccaggio del carbonio) e, da un punto di vista ambientale, crea frammentazione degli habitat ed interruzione dei corridoi migratori per le specie animali.
Costituiscono suolo
consumato tutti i corpi di fabbrica, la viabilità asfaltata o sterrata, i
piazzali, i cortili e altre aree pavimentate o in terra battuta, le strutture
ferroviarie, le banchine-piste-aree di movimentazione impermeabili di porti e
aeroporti, i campi impermeabili destinati
ad attività sportiva, le serre,a allevamenti e annessi rustici utilizzati in
agricolatura, le discariche, i cantieri, ecc.. Non costituiscono suolo consumato le aree a prato, le aree
seminate eventualmente con alberi ed arbusti, i corpi idrici, gli alvei dei
fiumi in secca, le zone rocciose, le spiagge, le dune, i ghiacciai, le aree
sportive completamente permeabili, altre aree permeabili in ambito urbano suscettibili
comunque di potenziale utilizzo produttivo agricolo, ecc….
Ai fini urbanistici, anche in vista del 2050, anno nel quale la Commissione Europea
… European Commission (2011), Comunicazione della Commissione al Parlamento Europeo, al Consiglio, al Comitato Economico e Sociale Europeo e al Comitato delle Regioni. Tabella di marcia verso una Europa efficiente nell’impiego delle risorse, COM(2011) 571, pagina 17. …
rende attivo l’obbligo di azzerare il consumo di suolo per gli Stati Membri, è di fondamentale importanza determinare una metodologia per calcolare la variazione del consumo di suolo a seguito delle attività edilizie e di urbanizzazione del territorio. Attualmente non esistono metodiche o procedure standardizzate, in particolare relativamente all’elaborazione di dati cartografici o uso di carte tecniche degli strumenti urbanistici comunali, provinciali e/o regionali, finalizzate al calcolo del consumo di suolo.
La definizione di consumo di suolo si può estendere anche ad ambiti rurali e naturali, ben oltre l’area dell’insediamento urbano; di converso si possono invero escludere le aree aperte naturali e semi naturali all’interno dello stesso ambito urbano. La valutazione del consumo del suolo deve partire ovviamente dalla misura delle superfici edificate ovvero impermeabilizzate; ma anche pertinenze o altre aree pur essendo parzialmente impermeabilizzate risultano alterate dall’attività umana e dovrebbero rientrare nella sommatoria, in quanto trasformate o comunque utilizzate diversamente rispetto alle superfici originarie, agricole, o naturali. Per finire, al fine di calcolare il suolo già consumato o il suolo che una determinata trasformazione urbanistica potenzialmente consumerà, è necessario disporre di una categorizzazione dell’uso del suolo oggettiva, chiara e informatizzabile.
CONSIDERAZIONI IDRAULICHE
L’impermeabilizzazione riduce la superficie che permette l’infiltrazione dell’acqua di
pioggia nel primo suolo. Di converso nella medesima superficie
impermeabilizzata vengono a modificarsi o arrestarsi tutta una serie di
processi di scambio termico, chimico e biologico tra l’orizzonte interessato
dall’impermeabilizzazione e gli orizzonti di primosuolo.
Nel ciclo idrologico che regola il fenomeno afflussi-deflussi solo quando l’invaso superficiale è pieno e l’intensità di pioggia è maggiore del tasso di infiltrazione si innesca il deflusso superficiale (la parte più vistosa del flusso di piena). Pur se il deflusso superficiale è qualificabile in termini differenti fra superfici impermeabilizzate e superfici permeabili dal punto di vista quantitativo gli eventi di piena si differenziano comunque dall’entità dell’acqua di pioggia che riesce ad infiltrarsi nel sottosuolo nelle due condizioni.
La quota parte di precipitazione che interessa il sottosuolo attraverso l’infiltrazione dipende da moltissimi parametri: il tipo idrologico di suolo, il grado di impermeabilizzazione, la pendenza del territorio, la scabrezza superficiale, le condizioni di umidità precedenti, la durata della pioggia, l’intensità della pioggia, il tempo di ritorno della precipitazione, l’invaso superficiale, l’intercettazione fogliare, ecc…
La caratterizzazione del fenomeno dell’infiltrazione in un bacino idrografico è quindi molto complessa ma i tassi di infiltrazione sono legati fortemente alle proprietà fisiche dei suoli. In letteratura i suoli vengono classificati in base alle loro potenzialità di drenaggio. Negli Stati Uniti il l’ex Soil Conservation Service (SCS) classifica i suoli in quattro gruppi (A, B, C, D);
… Gruppo A (scarsa potenzialità di deflusso. Comprende sabbie profonde con scarsissimo limo e argilla; anche ghiaie profonde, molto permeabili). Gruppo B (potenzialità di deflusso moderatamente bassa. Comprende la maggior parte dei suoli sabbiosi meno profondi che nel gruppo A. Il gruppo nel suo insieme mantiene alte capacità di infiltrazione anche a saturazione). Gruppo C (potenzialità di deflusso moderatamente alta. Comprende suoli sottili e suoli contenenti considerevoli quantità di argilla e colloidi, anche se meno che nel gruppo D. Il gruppo ha scarsa capacità di infiltrazione a saturazione). Gruppo D (potenzialità di deflusso molto alta. Comprende la maggior parte delle argille con alta capacità di rigonfiamento, ma anche suoli sottili con orizzonti pressoché impermeabili in superficie). …
conoscere il gruppo idrologico di suolo e le condizioni iniziali di umidità dello stesso è sufficiente per stimate il tasso di infiltrazione.
Ai fini della presente nota è accettabile utilizzare un approccio semplificato all’infiltrabilità del suolo in quanto, ai fini del consumo di suolo, è più importante la definizione delle superfici impermeabili.
E’ comune ritenere che sussista una relativa linearità fra aumento della impermeabilizzazione
e consumo di suolo. In realtà, nel
momento in cui il consumo di suolo risulta associato anche alla perdita delle funzionalità eco-sistemiche, e quindi alla perdita o
riduzione dei corrispondenti benefici, la questione è leggermente più
complicata.
Si prenda in considerazione una superficie di terreno naturale orizzontale di forma quadrata di lato B; ad una piovosità di altezza A corrisponde, particolarmente nei terreni molto permeabili, un fronte di immissione nel suolo di spessore in qualche modo correlabile all’altezza A, almeno nell’ipotesi di completo assorbimento nel primo suolo della precipitazione. Si ipotizzi ora che una parte del quadrato di lato B sia interessata da impermeabilizzazione, per semplicità sempre di area quadrata e di lato α·B, ed ipotizziamo altresì che tutta la pioggia che interessa il corrispondente sedime sia allontanata per deflusso canalizzato. L’acqua che riesce ad infiltrarsi interesserà un fronte di spessore β·A però da considerarsi distribuito su tutto il sedime del quadrato di lato B (particolarmente con presenza di falda elevata e in ragione diretta alla distribuzione omogenea delle superfici rimaste permeabili). In questa situazione per continuità vale la relazione A·B2–α2·B2·A=B2· β·A ovvero
1-α2= β.
Come si può dedurre dal modello semplificato esposto
non risulta lineare il legame che
lega il coefficiente α, che qualifica
lo sviluppo dell’impermeabilizzazione, al coefficiente β, che in qualche modo qualifica
la perdita delle funzionalità eco-sistemiche
nel primo suolo. Da questo punto di vista è quindi azzardato ipotizzare a
priori una linearità fra aumento della impermeabilizzazione e consumo
di suolo.
Secondo il metodo SCS
… Soil Conservation Service, (1972), National Engineering Handbook, section 4, Hydrology, U.S. Department of Agriculture, Washington D.C., U.S.A. …
la capacità idrica massima o volume specifico di saturazioneS
… S viene a rappresentare il volume disponibile all’interno del primo suolo per immagazzinare l’acqua infiltrata. …
nel suolo è relazionata al tipo di suolo tramite il parametro CN (runoff curve number) attraverso l’equazione
S = (25400/CN) – 254 . [1]
CN e S sono
correlati in modo non lineare: la
capacità idrica massima del suolo S
varia, teoricamente, da zero a infinito e con tale equazione si ottiene un
campo di variazione del parametro CN
compreso tra 0 e 100. Il parametro CN
è di fatto un indicatore del deflusso potenzialea parità di tipo di suolo
e quindi il volume specifico di saturazione S dipende dalla natura litologica e pedologica del terreno e
dall’uso del suolo (rappresentati appunto dal parametro CN). In altri termini S,
ovvero CN, qualificano il fenomeno
dell’infiltrazione ovvero l’assorbimento dell’acqua infiltrata nel primo suolo.
Una stima grossolona dell’SCS Curve Number può essere ottenuta attraverso l’equazione
CN = 98 IMP + CN0(1-IMP) , [2]
… vedi Rossmiller R.L., Rational Formula Revisited. Proceeding of the Conference on Stormwater detention Facilities, 1982, Henniker, New Hampshire, 146-162. …
dove CN0 rappresenta un numero adimensionale che varia al variare della suddivisione SCS in gruppi di suolo
… ricordiamo: per il gruppo A il parametro CN0 vale 39, per il B vale 61, per il C vale 74 ed infine per il gruppoD il parametro CN0 vale 80. …
mentre IMP indica l’aliquota decimale della parte impermeabilizzata del bacino (variabile quindi fra 0 e 1).
VALUTAZIONE SISTEMICA DEL CONSUMO DI SUOLO
Secondo la definizione della Legge della Regione
Veneto 14/2017 la stima analitica del consumo
di suolo non può che derivare da una semplice sottrazione geometrica
dall’area allo stato naturale o seminaturale della superficie interessata da
modificazioni di tipo antropica che ne compromettono le capacità produttive (di qualunque tipo, ad esclusione quindi di
modificazioni relative al normale utilizzo del suolo per le attività agricole).
Indichiamo queste modalità di calcolo come metodo geometrico.
Ma la stessa Legge regionale associa il consumo di suolo ad interventi di impermeabilizzazione del suolo, o da interventi di copertura artificiale, …. che ne compromettono le funzioni eco-sistemiche …. Ciò complica la questione su come determinare il consumo di suolo attesa la non linearità, come accennato in precedenza, fra variazione areale del suolo interessato da impermeabilizzazione e variazione areale del suolo compromesso nelle funzioni eco-sistemiche dallo stesso sviluppo dell’impermeabilizzazione.
Se il consumo di suolo è sostanzialmente correlato
alla riduzione o eliminazione della permeabilità del suolo, e quindi alla
riduzione o eliminazione del conferimento dell’acqua di pioggia nel primo suolo
interessato dall’infiltrazione, è però possibile ipotizzare che il consumo di
suolo possa stimarsi, in rapporto alla superficie urbanistica come variazione della capacità idricaS1 in una data fase 1 del processo di impermeabilizzazione in
rapporto a quella massima S0.
Indicando con Φ il valore con cui
moltiplicare la superficie urbanistica per ottenere il consumo di suolo avremo
quindi
Φ = (S0 –
S1) / S0. [3]
Sostituendo ai valori S0 e S1 le corrispondenti relazioni che derivano dalla [1] si ottiene
Φ = 1 – [(100CN0 – CN0CN1) / (100CN1–CN0CN1)] [4]
La relazione [4] permette la determinazione del consumo di suolo fra la situazione iniziale caratterizzata da impermeabilizzazione nulla e la situazione 1 caratterizzata da impermeabilizzazione IMP1. Il coefficiente Φ ottenuto con la [4] determina la quota parte di suolo consumato nel processo di impermeabilizzazione tenendo conto, anche se in modo semplificato, della perdita di funzionalità eco-sistemica. Ciò presuppone una modalità di calcolo del consumo di suolo che qui indicheremo come metodo sistemico.
La relazione [2] permette di ottenere il Curve Number alla situazione di calcolo partendo dal Curve Number minimo CN0 per tipologia idrologica di suolo e partendo dall’aliquota decimale di impermeabilizzazione IMP. Ai fini della presente nota e ai fini del calcolo con metodo sistemico del consumo di suolo il valore 98 può essere sostituito dal valore 100, ovvero
CN = 100 IMP + CN0(1-IMP) . [5]
Il Curve Number minimo CN0,per data tipologia idrologica di suolo, identificherà una condizione di suolo allo stato naturale o seminaturale (consumo nullo di suolo).
L’immagine seguente (Figura 1) evidenzia l’andamento del coefficiente Φ correlato alla relazione [4] per diversi tipi di suolo (da tipo A a tipo D ovvero per CN0=39, CN0=61, CN0=74 e CN0=80) in funzione dell’aliquota di impermeabilizzazione IMP1 della fase 1 di uso del suolo e quindi in funzione dello stesso Curve Number CN1 tenuto conto della relazione [5]. La linea nera nel grafico corrisponde alla retta Φ = IMP ovvero alla piena linearità fra aliquota di impermeabilizzazione ed aliquota di consumo di suolo.
Figura 1 – Andamento del coefficiente Φ per diversi tipi di suolo.
La Figura 1 permette di evidenziare le seguenti considerazioni:
a) per valore IMP pari a 0 (impermeabilizzazione nulla) si ottiene Φ = 0 per ogni tipo di suolo; siamo quindi in presenza di “suolo non consumato“;
b) per valore IMP pari a 1 (impermeabilizzazione massima) si ottiene Φ = 1 per ogni tipo di suolo; siamo quindi in presenza di “suolo completamente consumato“;
c) per valori intermedi il coefficiente Φ assume valori superiori a quelli deducibili dal legame lineare Φ = IMP con gradualità crescende verso i valori mediani di IMP e, a parità di IMP, valori maggiori quanto minore è la potenzialità a creare deflusso superficiale ovvero quanto maggiore è la capacità di assorbire acqua di pioggia per infiltrazione a seconda del tipo idrologico di suolo considerato.
CALCOLO DEL CONSUMO DI SUOLO E DECORSO USO URBANISTICO DEL SUOLO
La valutazione sistemica del consumo di suolo non può non essere anticipata dalla definizione del gruppo idrologico di appartenenza del suolo in condizioni naturali o seminaturali. In via semplificata, come introdotto in precedenza, ciò può essere fissato classificando il sedime di interesse al più prossimo gruppo SCS di appartenenza.
Se quindi il sedime oggetto di stima del consumo di suolo, nelle condizioni naturali o seminaturali, è caratterizzato da scarsa potenzialità di deflusso e comprende sabbie profonde con scarsissimo limo e argilla, ovvero ghiaie profonde molto permeabile, ci troviamo di fronte ad un suolo di gruppo A e il valore di CN0 viene posto pari a 39.
Se di converso detto sedime è interessato da suolo allo stato naturale o seminaturale con potenzialità di deflusso moderatamente bassa, quindi suoli in genere sabbiosi meno profondi rispetto al gruppo A ma sempre con significative capacità di infiltrazione anche a saturazione, ci troveremo di fronte ad un suolo di gruppo B e il valore di CN0 viene posto pari a 61.
Con sedime naturale o seminaturale caratterizzato da potenzialità di deflusso moderatamente alta e presenza di suoli sottili contenenti non trascurabili quantità di argilla e collodi e con scarsa capacità di infiltrazione a saturazione ci troveremo di fronte ad un suolo di gruppo C e il valore di CN0 viene posto pari a 74.
Infine con condizioni naturali o seminaturali caratterizzate da potenzialità di deflusso molto alta con grande presenza di argille, particolarmente con alta capacità di rigonfiamento, ma anche suoli sottili con orizzonti pressochè impermeabili in superficie ci troveremo di fronte ad un suolo di gruppo D e il valore di CN0 viene posto pari a 80.
Nella Regione Veneto, particolarmente in ambito di alta, media e bassa pianura, sono state prodotte varie cartine tematiche con suddivisione dei suoli nei 4 gruppi idrologici accennati in precedenza; per un sito oggetto di valutazione del consumo di suolo è quindi normalmente disponibile il valore CN0.
La stima del consumo di suolo, definito il gruppo idrologico di appartenenza del sito di interesse, in condizioni naturali o seminaturali, andrà eseguita in una precisa conformazione di opere antropiche realizzate o da realizzare, quindi sia nella condizione in essere e/o sia nella condizione di progetto. Occorrerà stimare il consumo di suolo sia con metodo geometrico e occorrerà stimare il consumo di suolo sia con metodo sistemico e adottare il valore finale corrispondente al maggiore fra i due valori ottenuti.
Per quanto riguarda il metodo geometrico la zona di interesse andrà quindi suddivisa in sottoaree Ai con i variabile da 1 al numero complessivo delle sottoaree omogenee; indicando con PGi l’aliquota decimale geometrica di area interessata da intervento edilizio o urbanistico non più produttiva con uso agricolo del suolo, il consumo di suolo con metodo geometricoCSG deriva dalla semplice sommatoria
CSG = ∑ Ai PGi, [6]
in
quanto tutta la quota parte di sedime non più produttiva, o comunque non più allo
stato naturale, coincide con suolo consumato.
Allo stesso modo, con l’applicazione del metodo sistemico, la zona di interesse andrà suddivisa in sottoaree Ai con i variabile da 1 al numero complessivo delle sottoaree omogenee; indicando con PSi l’aliquota decimale sistemica di area impermeabile interessata da intervento edilizio e/o urbanistico, si dovrà inizialmente determinare l’aliquota decimale media sistemica ponderata PSM di area impermeabile valida sulla zona di interesse attraverso la media pesata
PSM = ∑ Ai PSi / ∑ Ai . [7]
Il valore calcolato PSM andrà quindi inserito nella relazione [5] al posto di IMP determinando quindi il Curve Number CN dell’area ad intervento edilizio/urbanistico realizzato o ad intervento edilizio/urbanistico di progetto. Il consumo di suolo con metodo sistemicoCSS deriva dalla relazione
CSS = Φ ∑ Ai[8]
essendo
il coefficiente Φ calcolato con la
relazione [4].
Il consumo di suolo CS cercato sarà il valore maggiore fra CSG e CSS.
ESEMPIO DI CALCOLO DEL CONSUMO DI SUOLO
Si analizzano ora 4 situazioni differenti di conformazione edilizia/urbanistica di una area (arbitraria) di 9.734 m2 in origine allo stato seminaturale con uso agricolo del suolo; le situazione saranno indicate come conformazione 1, conformazione 2, conformazione 3 e conformazione 4.
Si ipotizza altresì che l’intero lotto di 9.734 m2 sia ricompreso in un territorio appartenente alla classe SCS A di uso idrologico di suolo (quindi CN0 = 39).
CONFORMAZIONE 1
Figura 2 – Configurazione consumo di suolo n°1.
Il lotto di complessivi 9.734 m2 è composto inizialmente da tre tipi idrologici di suolo (vedi Figura 2). Col numero 1 cerchiato si indica il suolo interessato da tetti e marciapiedi impermeabili (area 305 m2) caratterizzato da una aliquota decimale di superficie impermeabilizzata dal punto di vista geometrico pari a 1 (ovvero tutta la superficie risulta impermeabilizzata) e da una aliquota decimale di superficie impermeabilizza dal punto di vista sistemico sempre pari a 1 (è quindi impedita completamente la filtrazione nel primo suolo). Con 2 cerchiato viene indicata un’area di 1.170 m2 con aliquota decimale relativa al metodo geometrico pari a 1 (superficie manomessa ed inutilizzabile a fini produttivi o similare) e una aliquota decimale relativa al metodo sistemico pari a 0,3 (si tratta di terreno bonificato con ghiaia per garantire la lavorabilità al cantiere di costruzione della casetta che riduce al 30% la capacità di assorbimento dell’acqua di pioggia per infiltrazione nel primo suolo). La rimanente parte del lotto sia interessata da terreno di tipo agrario o incolto per 8.259 m2con aliquota decimale di impermeabilità nulla sia dal punto di vista del calcolo geometrico che dal punto di vista del calcolo sistemico.
Nella coformazione 1 il consumo di suolo dal punto di vista del calcolo geometricoCSG risulta pari a
305 x 1 + 1.170 x 1 + 8.259 x 0 = 1.475m2.
Dal punto di vista del calcolo sistemico la quota parte di area impermeabile risulta pari a
305 x 1 + 1.170 x 0,3 + 8.259 x 0 = 656m2
e quindi l’aliquota decimale media sistemica PSM applicando la [7] risulta
656/9.734 = 0,0674.
Il valore 0,0674 viene quindi immesso nella relazione [5] al posto di IMP determinando un Curve Number CN pari a 43,114. Dalla relazione [4] si ottiene
Φ = 1 – [ ( ( 100 x 39– 39 x 43,114 ) / ( 100 x 43,114 – 39 x 43,114 ) ) ] = 0,1564
e quindi il consumo di suolo sistemicoCSS vale
9.734 x 0,1564 = 1.522m2.
In riferimento al lotto di 9.734 m2 il valore maggiore fra CSG (pari a 1.475 m2) e CSS (pari a 1.522 m2) risulta 1.522 m2 che diventa il consumo di suolo urbanistico nella conformazione 1.
Nella conformazione 1 il consumo di suolo maggiore risulta quello stimato con metodo sistemico.
CONFORMAZIONE 2
Figura 3 – Configurazione consumo di suolo n°2.
Nella conformazione 2 il lotto, sempre di complessivi 9.734 m2, è composto inizialmente da cinque tipi idrologici diversi di uso del suolo (vedi Figura 3).
Col numero 1 cerchiato si indica il suolo interessato da tetti e marciapiedi impermeabili di area 305 m2, suolo caratterizzato da una aliquota decimale di superficie impermeabilizzata dal punto di vista geometrico pari a 1 (ovvero tutta la superficie risulta impermeabilizzata) e da una aliquota decimale di superficie impermeabilizza dal punto di vista sistemico sempre pari a 1 (filtrazione nel primo suolo completamente impedita).
Con 2 cerchiato viene indicata una superficie artificializzata assorbente completamente la precipitazione (strato di graniglia dello spessore di 20 cm stabilizzata con geogriglia) di area pari a 664 m2 con aliquota decimale relativa al metodo geometrico pari a 1 (quindi superficie manomessa ed inutilizzabile a fini produttivi) e una aliquota decimale relativa al metodo sistemico pari a 0 (la pavimentazione è in grado di assorbire qualsiasi tipo di precipitazione).
Con 3 cerchiato viene indicata un’area di 110 m2 con aliquota decimale relativa al metodo geometrico pari a 1 (superficie manomessa ed inutilizzabile a fini produttivi o similare) e una aliquota decimale relativa al metodo sistemico pari a 0,3 (si tratta di terreno di ingresso al lotto bonificato con ghiaia per garantire stabilità in accesso che riduce al 30% la capacità di assorbimento dell’acqua di pioggia per infiltrazione nel primo suolo).
Con 4 cerchiato viene indicata un’area di 308 m2 con aliquota decimale relativa al metodo geometrico pari a 1 (superficie manomessa ed inutilizzabile a fini produttivi o similare) e una aliquota decimale relativa al metodo sistemico pari a 0,4 (si tratta di terreno rifinito a ghiaia che riduce del 40% la capacità di assorbimento dell’acqua di pioggia per infiltrazione).
La rimanente parte del lotto sia interessata da terreno di tipo agrario o incolto per 8.302 m2con aliquota decimale di impermeabilità nulla sia dal punto di vista del calcolo geometrico che dal punto di vista del calcolo sistemico.
Il consumo di suolo dal punto di vista del calcolo geometricoCSG risulta pari a
305 x 1 + 664 x 1 + 110 x 1 + 308 x 1 + 8.302 x 0 = 1.432m2.
Dal punto di vista del calcolo sistemico la quota parte di area impermeabile risulta pari a
305 x 1 + 664 x 0 + 110 x 0,3 + 308 x 0,4 + 8.302 x 0 = 398,2m2
e quindi l’aliquota decimale media sistemica PSM applicando la [7] risulta
398,2/9.734 = 0,0409.
Immettendo 0,0409 nella [5] al posto di IMP determinando CN che a sua volta inserito nella [4] permette di ottenere Φ e un consumo di suolo sistemicoCSS pari a 1.200m2.
In riferimento al lotto di 9.734 m2 il valore maggiore fra CSG (pari a 1.432 m2) e CSS (pari a 1.200 m2) risulta 1.432 m2 che diventa il consumo di suolo urbanistico nella conformazione 2.
Nella conformazione 2 il consumo di suolo maggiore risulta quello stimato con metodo geometrico.
CONFORMAZIONE 3
Figura 4 – Configurazione consumo di suolo n°3.
Nella conformazione 3 il lotto si considera composto da 7 tipi idrologici diversi di uso del suolo (vedi Figura 4).
Col numero 1 cerchiato si indica il suolo interessato da tetti e marciapiedi impermeabili di area 305 m2, quindi suolo caratterizzato da una aliquota decimale di superficie impermeabilizzata dal punto di vista geometrico pari a 1 (ovvero tutta la superficie risulta impermeabilizzata) e da una aliquota decimale di superficie impermeabilizza dal punto di vista sistemico sempre pari a 1 (filtrazione nel primo suolo completamente impedita).
Con 2 cerchiato viene indicata una superficie artificializzata in grado di assorbire completamente la pioggia (strato di graniglia dello spessore di 20 cm stabilizzata con geogriglia) di area pari a 664 m2 con aliquota decimale relativa al metodo geometrico pari a 1 (in quanto superficie manomessa ed inutilizzabile a fini produttivi) e una aliquota decimale relativa al metodo sistemico pari a 0 (pavimentazione in grado di assorbire qualsiasi tipo di precipitazione).
Con 3 cerchiato si indica il suolo interessato da strade asfaltate per 1.776 m2, quindi suolo caratterizzato da una aliquota decimale di superficie impermeabilizzata dal punto di vista geometrico pari a 1 e da una aliquota decimale di superficie impermeabilizza dal punto di vista sistemico sempre pari a 1.
Con 4 viene indicata una superficie artificializzata assorbente completamente la pioggia destinata a parcheggio (con utilizzo di grigliati assorbenti) di area 318 m2 con aliquota decinale relativa al metodo geometrico pari a 1 (superficie manomessa ed inutilizzabile a fini produttivi) e una aliquota decimale relativa al metodo sistemico pari a 0 (pavimentazione in grado di assorbire qualsiasi tipo di precipitazione).
Con 5 cerchiato si indica il suolo interessato da volume produttivo e pedonali contermini per 1.502 m2, quindi suolo caratterizzato da una aliquota decimale di superficie impermeabilizzata dal punto di vista geometrico pari a 1 e da una aliquota decimale di superficie impermeabilizza dal punto di vista sistemico sempre pari a 1.
6 cerchiato indica suolo destinato allo stoccaggio di macchinari con superficie impermeabile per 140 m2 (aliquota decimale di superficie impermeabilizzata dal punto di vista geometrico pari a 1 e aliquota decimale di superficie impermeabilizza dal punto di vista sistemico sempre pari a 1).
Infine con 7 cerchiato viene indicata una superficie di tipo agrario o incolto per 4.984 m2con aliquota decimale di impermeabilità nulla sia dal punto di vista del calcolo geometrico che dal punto di vista del calcolo sistemico.
Il consumo di suoloCSG dal punto di vista del calcolo geometrico risulta pari a
305 x 1 + 664 x 1 + 1.776 x 1 + 318 x 1 + 1.502 x 1 + 140 x 1 + 4.984 x 0 = 4.750m2.
Dal punto di vista del calcolo sistemico la quota parte di area impermeabile risulta pari a
305 x 1 + 664 x 0 + 1.776 x 1 + 318 x 0 + 1.502 x 1 + 140 x 1 + 4.984 x 0 = 3.768m2
e quindi l’aliquota decimale media sistemica PSM applicando la [7] risulta
3.768 / 9.734 = 0,3871.
Immettendo 0,3871 nella [5] al posto di IMP si determina CN che a sua volta inserito nella [4] permette di ottenere Φ e un consumo di suolo sistemicoCSS pari a 6.018m2.
In riferimento al lotto di 9.734 m2 il valore maggiore fra CSG (pari a 4.750 m2) e CSS (pari a 6.018 m2) risulta 6.018 m2 che diventa il consumo di suolo urbanistico nella conformazione 3.
Nella conformazione 3 il consumo di suolo maggiore risulta quello stimato con metodo sistemico.
CONFORMAZIONE 4
Figura 5 – Configurazione consumo di suolo n°4.
Nella conformazione 4 il lotto si considera composto da 7 tipi idrologici diversi di uso del suolo (vedi Figura 5).
Col numero 1 cerchiato si indica il suolo interessato da tetti e marciapiedi impermeabili per 350 m2 (aliquota decimale di superficie impermeabilizzata dal punto di vista geometrico pari a 1 ovvero tutta la superficie risulta impermeabilizzata e aliquota decimale di superficie impermeabilizza dal punto di vista sistemico sempre pari a 1 ovvero filtrazione nel primo suolo dell’acqua di pioggia completamente impedita).
Con 2 cerchiato viene indicata una superficie artificializzata assorbente completamente la pioggia di area pari a 664 m2 con aliquota decimale relativa al metodo geometrico pari a 1 (in quanto superficie manomessa ed inutilizzabile a fini produttivi di tipo agricolo) e una aliquota decimale relativa al metodo sistemico pari a 0 (in quanto pavimentazione in grado di assorbire qualsiasi tipo di precipitazione).
Con 3 cerchiato si indica il suolo interessato da strade interne asfaltate per 862 m2 (aliquota decimale di superficie impermeabilizzata dal punto di vista geometrico pari a 1 e aliquota decimale di superficie impermeabilizza dal punto di vista sistemico sempre pari a 1).
Con 4 viene indicata una superficie artificializzata assorbente completamente la pioggia destinata a parcheggio (con utilizzo di grigliati assorbenti) di area 318 m2 con aliquota decimale relativa al metodo geometrico pari a 1 (superficie inutilizzabile a fini produttivi agricoli) e una aliquota decimale relativa al metodo sistemico pari a 0 (pavimentazione in grado di assorbire qualsiasi tipo di precipitazione).
Con 5 cerchiato si indica il suolo interessato da un complesso residenziale con pedonali contermini per 1.497 m2 (aliquota decimale di superficie impermeabilizzata dal punto di vista geometrico pari a 1 e da una aliquota decimale di superficie impermeabilizza dal punto di vista sistemico sempre pari a 1).
6 cerchiato indica suolo destinato sedime di cordonate e recinzioni per 140 m2 (aliquota decimale di superficie impermeabilizzata dal punto di vista geometrico pari a 1 e aliquota decimale di superficie impermeabilizza dal punto di vista sistemico sempre pari a 1).
Infine con 7 cerchiato viene indicata una superficie di tipo agrario, giardino o incolta per 5.903 m2con aliquota decimale di impermeabilità nulla sia dal punto di vista del calcolo geometrico che dal punto di vista del calcolo sistemico.
Il consumo di suolo CSG dal punto di vista del calcolo geometrico risulta pari a
350 x 1 + 664 x 1 + 862 x 1 + 318 x 1 + 1.497 x 1 + 140 x 1 + 5.903 x 0 = 3.831m2.
Dal punto di vista del calcolo sistemico la quota parte di area impermeabile risulta pari a
350 x 1 + 664 x 0 + 862 x 1 + 318 x 0 + 1.497 x 1 + 140 x 1 + 5.903 x 0 = 2.849m2
e quindi l’aliquota decimale media sistemica PSM applicando la [7] risulta
2.849/9.734 = 0,2927.
Immettendo 0,2927 nella [5] al posto di IMP si determina CN che a sua volta inserito nella [4] permette di ottenere Φ e a seguire un consumo di suolo sistemico CSS pari a 5.011m2.
In riferimento al lotto di 9.734 m2 il valore maggiore fra CSG (pari a 3.831 m2) e CSS (pari a 5.011 m2) risulta 5.011 m2 che diventa il consumo di suolo urbanistico nella conformazione 4.
Nella conformazione 4 il consumo di suolo maggiore risulta quello stimato con metodo sistemico.
La tabella seguente (Figura 6) riassume sinteticamente i risultati:
Figura 6 – Consumo del suolo nelle 4 conformazioni considerate.
Un possibile decorso della storia urbanistica del lotto ipotetico di terreno considerato, in relazione al consumo di suolo, può quindi essere così riassunto:
1) nel lotto di 9.734 m2 in origine viene rilasciato un Titolo Edilizio che permette di consumare 1.432 m2 di suolo. Nel tempo di validità del Titolo l’intervento edilizio non viene concluso;
2) dal Proprietario viene quindi richiesto un ulteriore Titolo Edilizio per completare l’opera. Al momento della richiesta il suolo consumato ammonta a 1.522 m2 (90 m2 in più di quello originariamente concesso). Dopo aver pagato una sanzione amministrativa (in quanto “opera non completata” e “conformazione del lotto con maggior consumo di suolo rispetto a quanto previsto dall’originario Titolo Edilizio”) il Proprietario termina l’edificazione e il lotto viene ad assumere la conformazione 2 con consumo di suolo definito dal Titolo Edilizio licenziato;
3) di seguito viene richiesto un nuovo Titolo Edilizio per eseguire ulteriori interventi edilizio/urbanistici riassunti nella conformazione 3. L’ulteriore suolo consumato (4.586 m2) viene recuperato dal Concessionario riportando, nell’ambito del territorio comunale, superfici già “consumate” all’originaria conformazione di suolo naturale ovvero in configurazione di suolo semi-naturale ma potenzialmente utilizzabile a fini di produttività agricola;
4) per finire dal Proprietario del lotto viene richiesto un ulteriore Titolo Edilizio per eseguire interventi edilizio/urbanistici ulteriori riassunti nella conformazione 4. L’esecuzione dell’intervento comporta una riduzione del suolo consumato (-1.007 m2) immessa a cura del Concessionario nel mercato immobiliare e annotata nel registro comunale destinato a memorizzare il decorso analitico del consumo di suolo.
Se ipotizziamo che il lotto considerato ricada nel gruppo idrologico SCS tipo D la tabella precedente si modifica nel modo seguente (vedi Figura 7):
Figura 7 – Consumo del suolo nelle 4 conformazioni considerate con suolo tipo D.
Il MO.S.E. (MOdulo Sperimentale Elettromeccanico) è un’opera di ingegneria civile, ambientale ed idraulica attualmente (anno 2020) in fase di realizzazione/collaudo finalizzata alla difesa della città di Venezia e della sua laguna dai pericoli associati al fenomeno delle acque alte. Il progetto prevede di proteggere Venezia e la laguna da maree fino a 3 metri. Attualmente (anno 2020) la sua entrata in funzione è prevista per maree superiori a 110 cm e per l’anno 2021.
La realizzazione dell’opera è stata avviata nel 2003 contemporaneamente alle tre bocche di porto lagunari e ha raggiunto un avanzamento pari a oltre l’85% (anno 2020). È costituita principalmente da 3 dighe a scomparsa poste alle 3 bocche di porto lagunari (Lido, Malamocco e Chioggia), realizzate tramite schiere di paratoie cave autosommergibili incernierate al fondale su un lato, che azionate tramite variazione della propria galleggiabilità (attraverso l’immissione/espulsione di aria/acqua), saranno utilizzate allo scopo di isolare temporaneamente la laguna dal mare Adriatico all’approssimarsi di eventi di alta marea selezionati (vedi fonte).
Nel corso degli anni sono state presentate diverse proposte alternative alla costruzione del MO.S.E. Alcune di queste raccomandano sistemi tecnologici piuttosto differenti, altre suggeriscono tecnologie che permetterebbero di migliorare l’efficienza del sistema a paratoie mobili. Una proposta alternativa è stata avanzata dal professore Gambolati dell’Università di Padova e consisterebbe nel sollevare Venezia mediante iniezione di acqua nel sottosuolo.
Il responsabile del presente blog ha presentato una ipotesi alternativa di soluzione del problema dell’acqua alta in Venezia (vedi).
Ripropongo di seguito (testo corsivo) una proposta alternativa per la realizzazione, in Laguna di Venezia, di un sistema di protezione dall’acqua alta (proposta alternativa al MO.S.E.). La proposta venne presentata al Comune di Venezia nell’ottobre del 2005.
La soluzione del problema dell’acqua alta nella laguna di Venezia non può non tener conto delle seguenti considerazioni:
1) APPORTI SECONDARI. In situazioni di marea sostenuta la laguna riceve acqua non solo dalle bocche di porto ma anche da una serie di apporti secondari: a) la rete di drenaggio del bacino scolante, b) le precipitazioni meteoriche, c) le infiltrazione dal sottosuolo sia da lato mare che da lato terraferma; d) situazioni locali relative alle portate di piena dei fiumi non ancora risolte (su tutte il taglio esistente sull’argine destro del fiume Sile presso Portegrandi). Il livello medio dell’acqua nel catino lagunare, dopo la chiusura dei collegamenti diretti col mare, non rimane quindi costante durante gli eventi di alta marea, ma tende ad aumentare in ragione diretta con la durata dell’evento e con l’intensità della fenomenologia meteorologica. Gli eventi più significativi di acqua alta possono durare un intervallo di tempo sufficiente a permettere agli apporti secondari di accumulare volumi idrici, alzando il livello medio dell’acqua in laguna; questi rialzi, stimati da vari studi, sono tuttavia non ancora del tutto compiutamente spiegati, soprattutto dal punto di vista dei valori massimi probabili e della corrispondente frequenza.
2) DURATA OPERATIVA DELL’OPERA. La durata operativa di qualsiasi opera di difesa dalle acque alte, tenuto conto degli oneri economici connessi alla realizzazione della stessa opera, non può che interessare archi temporali molto elevati (non decine di anni ma dai cento anni in su). Le condizioni ambientali presumibilmente muteranno durante la vita dell’opera; avremo ad esempio: a) variazioni del livello del medio mare (eustatismo); b) variazioni delle quote che regolano la morfologia delle terre emerse (subsidenza); c) variazioni dell’uso dell’ambiente lagunare (attività antropiche, acquacoltura, …); d) variazioni del sistema di drenaggio nel bacino scolante (modificazione degli apporti in situazione di piena, sia in termini qualitativi che quantitativi…); e) variazioni delle caratteristiche delle attività portuali; f) variazioni all’uso turistico dell’ambiente lagunare.
3) RICADUTA SOCIALE ED ASPETTI ECONOMICI. La soluzione deve essere attentamente valutata anche in termini di ricaduta sociale, nell’immediato e nel futuro. Gli eventi di acqua alta interessano comunque periodi temporali relativamente limitati nell’arco dell’anno (qualche giorno nel complesso). La soluzione adottata, oltre che tecnicamente valida, potrebbe essere funzionale ad altri usi, magari con ricadute economiche immediate e non trascurabili.
4) IDRODINAMICA LAGUNARE. La soluzione adottata dovrà fronteggiare situazioni idrodinamiche peculiari della laguna veneta, alcune delle quali attualmente non ancora ben conosciute e poco studiate. A titolo di esempio si richiama il fenomeno dei sovralzi differenziali durante i periodi di bora o scirocco fra gli estremi della gronda (Chioggia e Cavallino); i venti innescano movimenti di masse d’acqua ingenti entro la gronda lagunare, sviluppando dinamiche non ancora del tutto chiarite.
5) UTILIZZI PARTICOLARI. La soluzione adottata deve essere occasione anche per utilizzi non ortodossi del sistema di difesa. Ad esempio la gestione selettiva degli interventi di chiusura ed apertura per attivare fenomeni di vivificazione artificiale dell’ecosistema lagunare, ovvero interventi mirati in situazione di sovralzo differenziato, ecc…
Con il progetto attualmente in itinere (qui indicato per semplicità col termine MO.S.E.) tutti i punti accennati sono stati sostanzialmente presi in considerazione; le opere previste dal progetto rispondono in vario modo alle esigenze sopra accennate. Pur tuttavia è possibile proporre alla discussione, oltre che una serie di aspetti probabilmente poco valutati o da approfondire ulteriormente, anche una soluzione alternativa al problema dell’acqua alta a Venezia.
Vediamo innanzitutto i parametri meteo-marini di riferimento per dimensionare o validare il progetto. L’evento massimo di riferimento [ad esempio nella valutazione dell’incidenza dei citati apporti secondari di cui al ptrecedente punto 1)] è sempre l’evento del novembre 1966; nel 1966 si verificò il massimo storico di marea misurato a Punta della Salute. Pur tuttavia potrebbe sorgere qualche dubbio circa la validità di considerare di riferimento, per un’opera con durata operativa dell’ordine dei cento e più anni, la marea del 1966. Se ipotizziamo, ad esempio, il concomitante verificarsi di livelli di marea elevati sull’Adriatico meridionale…
– ricordiamo che nell’autunno del 2002, ad Otranto, furono misurati persistenti e significativi valori di marea nell’arco di 3-4 settimane. Durante lo stesso periodo la conseguenza diretta del fenomeno fu una sequenza ininterrotta di fastidiose alte maree a Venezia –
... e l’instaurarsi del campo barico sull’Europa centro meridionale come accaduto nel 1966, avremo livelli massimi di marea a Venezia similari a quelli misurati nel 1966 ma con decorso del fenomeno mareale su una durata maggiore; ben maggiore sarebbe inoltre il valore medio dei livelli di marea nell’ambito della medesima durata. Con riferimento al progetto MO.S.E., ipotizzando uno scenario con punte massime di marea (anche) più basse ma con valori medi più elevati, sorge spontanea la domanda: fino a che punto è accettabile scegliere un sistema di chiusura che permette il deflusso in laguna, per soluzione tecnica originaria, di milioni di metri cubi di acqua di mare durante un evento di acqua alta eccezionale?
– si allude evidentemente al sistema di paratoie mobili del MO.S.E.. Il sistema, quando operativo, permette l’ingresso in Laguna dell’acqua di mare attraverso gli spazi fra le paratoie e attraverso i varchi creati dal movimento alternato delle stesse paratoie (movimento indotto dal moto ondoso) –
Anche il punto 3) non è di secondaria importanza. E’ pensabile mettere in campo una soluzione con costi economici elevatissimi e probabilmente spropositati rispetto alla frequenza dell’evento o spropositati rispetto al possibile danno arrecato dall’evento stesso? In altri termini: vista l’entità economica dei costi correlati all’esecuzione del sistema di difesa dalle acque alte, la scelta tecnica sul possibile sistema da adottare deve limitarsi a considerare il solo aspetto della protezione dalle acque alte?
Il punto 4) dovrebbe necessariamente far propendere ad una soluzione tecnica di tipo bidirezionale; in altri termini l’opera di difesa dalle acque alte dovrebbe fronteggiare non solo le sollecitazioni dal mare verso la laguna (sovralzo idrometrico, moto ondoso, ecc…) ma anche dalla laguna verso il mare. E’ stata sufficientemente approfondita la corrispondenza fra durata temporale necessaria a modificare l’assetto delle paratoie del sistema MO.S.E. e durata temporale del transitorio durante il quale avviene l’inversioni di flusso alle bocche di porto in situazione di bora o scirocco?
La soluzione di seguito esposta tiene conto che l’opera di chiusura delle bocche di porto, finalizzata a proteggere la gronda lagunare dall’acqua alta, dovrebbe
A) avere una ricaduta sociale immediata,
B) essere accettata dalla popolazione residente e
C) avere un utilizzo plurimo.
Sulla base di questi presupposti le opere di difesa devono essere sfruttabili con elevata frequenza (sistemi flessibili e costi operativi contenuti) e devono permettere, almeno durante i massimi ed i minimi di marea ordinaria, il collegamento veicolare e pedonale fra Chioggia, Pellestrina, Lido e Cavallino.
Si propone quindi un sistema di ponti mobili, per ognuna delle tre bocche di collegamento fra la laguna e il mare. Il sistema di ponti mobili, in condizioni non operative, rimane parcheggiato entro tunnels interrati; in tal modo viene ridotto l’impatto paesaggistico. Il sistema di ponti mobili, in condizioni operative, permette la chiusura dei canali di accesso alla gronda lagunare con situazioni meteo-marine avverse e permette la transitabilità veicolare e pedonale fra Chioggia, Pellestrina, Lido e Cavallino, in condizioni meteorologiche ordinarie.
Dal punto di vista della mobilità viaria e pedonale il sistema deve garantire:
1°) la percorribilità in sicurezza,
2°) un efficace sistema di indicazione del periodo (orario) di operatività,
3°) un sistema preferenziato di utilizzo (a pagamento per i non residenti, agevolato o gratuito per i residenti a Pellestrina e Lido),
4°) un efficace intervento in caso di incidente o malfunzionamenti.
Dal punto di vista del presidio contro le maree il sistema deve garantire:
5°) celerità nelle operazioni di apertura e chiusura;
6°) utilizzo combinato e/o simultaneo tra le tre bocche, ma anche l’utilizzo singolo;
7°) impermeabilità totale all’ingresso dell’acqua, tra mare e laguna, in situazioni operative;
8°) robustezza e durabilità nel tempo;
9°) apprestamenti per ridurre le spese ed i tempi di manutenzione.
Le figure allegate permettono un approfondimento delle caratteristiche tecniche della proposta. La figura 1 evidenzia in sezione le caratteristiche del manufatto modulare che compone il ponte mobile.
FIGURA 1 Il ponte mobile è formato da elementi modulari in serie costituiti da una coppia di cassoni A (lunghi indicativamente 10 m, larghi 5 m ed alti circa 4 m) collegati da un telaio di profilati metallici reciprocamente saldati (G, H) sul quale due pareti metalliche M separano l’interno della struttura dall’esterno. I due cassoni A, per ragioni più avanti precisate, sono dotati di un sistema semiautomatico di pompaggio che può riempire il volume interno di acqua di mare fino ad una quota desiderata; l’acqua può essere dirottata a marea attraverso gli scarichi B e può essere immessa attraverso le paratoie C. Lungo le pareti M sono presenti delle ulteriori paratoie ad apertura automatica ed elettrica che permettono l’ingresso dell’acqua entro l’interno del ponte mobile sia dalla parte a mare che dalla parte in laguna. I valori delle altezze D (legate al problema navigabilità) e E (fondale) dipendono dalla bocca di porto da presidiare (Lido, Malamocco o Chioggia). Una platea Q ancorata sul fondo supporta le guide di scorrimento N. Annegati nella platea i collettori P e Q contengono i cavi che permettono la movimentazione del ponte. Il collegamento fra ponte e linee guida (N) permette lo sviluppo di azioni di contrasto in tutte le direzioni, con la sola esclusione della direzione di movimentazione del ponte (durante le fasi di chiusura ed apertura). La parte superiore F (larga indicativamente 13,5-14 m) permette lo sviluppo di 2 corsie stradali da 3,5 m cadauna, di due marciapiedi da 1,5 m cadauno e di due fascie di rispetto multiuso larghe 2 m circa.
In condizioni non operative i moduli sono parcheggiati sotto un tunnel interrato ordinariamente pieno d’acqua (vedi successiva figura 3) ma che saltuariamente può essere svuotato (vedi figura 2) per permettere la manutenzione dei manufatti.
FIGURA 2 Sezione tipo del ponte mobile entro il tunnel in condizioni asciutte (acqua di mare espulsa dal vano D). A indica il piano campagna contermine, B la soletta di copertura (eventualmente transitabile), C sono i due muri d’ambito che continuano ammorsandosi nel sottosuolo.
FIGURA 3 Sezione tipo del ponte mobile entro il tunnel in condizioni normali (acqua di mare A che riempie il tunnel. B indica il livello dell’acqua entro il tunnel (corrispondente al livello presente nella bocca di porto). In queste condizioni l’azione di sforzo normale sulle rotaie di appoggio C é negativa (il ponte mobile praticamente galleggia) in quanto manca l’acqua entro i due cassoni che formano il supporto del piano viario.
Per ogni ponte mobile sono previste due situazioni di utilizzo ordinario:
a) utilizzo quotidiano con marea ordinaria e nei periodi in cui i gradienti di mare non sviluppano velocità eccessive alle bocche di porto (colmi e ventri di marea astronomica), durante i quali i ponti diventano operativi permettendo il collegamento viario fra Cavallino, Lido, Pellestrina e Chioggia.
b) utilizzo di emergenza con alta marea, col blocco dei sovralzi mareali alle bocche di porto.
Avremo invece un utilizzo straordinario quando la gestione dei ponti mobili si svilupperà su utilizzi particolari (es. strozzatura dei punti di ingresso della marea per la vivificazione lagunare). Le figure 4, 5, 6 e 7 illustrano le tipiche manovra per attivare l’utilizzo quotidiano.
FIGURA 4 Apertura FASE 1. Entro il tunnel il ponte mobile presenta i cassoni A vuoti, è pieno d’acqua con quota del pelo libero uguale alla quota esterna (nella bocca di porto); i supporti C sono sollecitati a trazione (la struttura galleggia). A seguito di allarme marea o durante i colmi/ventri di marea ordinaria, inizia la movimentazione del ponte.
FIGURA 5 Apertura FASE 2. Il ponte mobile è uscito dal tunnel. I cassoni A sono ancora vuoti; il livello dell’acqua nella parte a mare, nella parte verso la laguna e entro il ponte sono identici (E); le paratoie B sono aperte per permettere la risoluzione di eventuali scompensi piezometrici; le guide C sono sollecitate solo a trazione o per spinta laterale causato dall’eventuale moto ondoso entro la bocca di porto.
FIGURA 6 Apertura FASE 3. Il ponte mobile è arrivato a metà della bocca di porto e si è unito alla parte simmetrica. I cassoni A vengono riempiti di acqua per stabilizzare la struttura; le paratoie D e C vengono chiuse in caso di apertura giornaliera; gli appoggi B sono sollecitati a compressione.
FIGURA 7 Apertura FASE 4. In caso di apertura ordinaria viene aperto il transito agli automezzi (C, B) e alle persone (A).
FIGURA 8 Situazione del fondale in corrispondenza alle linee di corsa C quando il ponte mobile è riposto nel tunnel. Tra A e B viene garantito il tirante necessario all’idrodinamica delle bocche lagunari e alla movimentazione dei natanti.
La figura 9 illustra la configurazione in situazione di utilizzo di emergenza.
FIGURA 9 Ponte mobile che chiude la bocca di porto in situazione di alta marea. Il cassone C è riempito di una quantità d’acqua maggiore della parte D per attivare un momento stabilizzante. La paratoia E continua ad essere aperta in modo da stabilizzare il livello fra interno del ponte mobile e livello laguna. Tra mare e laguna si crea una differenza di livello pari alla quota A meno la quota B.
La figura 10 illustra una tipica configurazione di utilizzo straordinario.
FIGURA 10 Esemplificazione di come la parziale chiusura del ponte mobile alla bocca di porto permetta l’acquisizione di un rapporto di chiusura L2/L1utile alla vivificazione lagunare e alla gestione delle maree minori intervenendo unicamente sulla sezione di flusso alla bocca di porto.
L’utilizzo ordinario viene rappresentato anche nelle figure 13, 15, 17, 18 e 19.
FIGURA 11 Esploso del ponte mobile durante la manovra di chiusura/apertura. Si evidenzia: 1) la suddivisione in moduli M; 2) la posizione delle paratoie di compenso laterali D; 3) le linee guida C. A indica il pelo libero, F la superficie dell’acqua nella bocca di porto ed E il fondale.
FIGURA 12 Immaginiamo di essere in una delle bocche di porto (Lido, Chioggia o Malamocco), qui indicata senza acqua per evidenziare le parti del ponte mobile sotto il livello del mare. G indica il fondo della bocca di porto; H indica le scogliere d’ambito; A sono le strade che conducono al ponte mobile; B la piattaforma di raccordo fra A ed il ponte mobile; C la copertura del tunnel che contiene il ponte mobile in condizioni di stallo; D il sistema di raccordo fra B e l’inizio del ponte mobile; E le paratoie o porte vinciane che racchiudono il tunnel (sagomate come la sponda H in modo da ridurre l’impatto paesaggistico quando il ponte mobile risulta non attivo); F le vie di corsa posizionate sul fondale G (regolano la movimentazione del ponte).
FIGURA 13 Evidenziamo gli stessi elementi della FIGURA 12 ma con acqua L entro la bocca di porto; si osservi che tutti gli elementi del ponte mobile non sono visibili o presentano un impatto paesaggistico trascurabile.
FIGURA 14 La bocca di porto viene qui indicata senza acqua per evidenziare le parti del ponte mobile sotto il livello del mare. Inizia allarme alta marea e viene attivata l’apertura del ponte mobile. Comincia ad aprirsi la paratoia scorrevole indicata con A.
FIGURA 15 Stessa situazione di FIGURA 14 ma con acqua presente. Inizia l’allarme alta marea e comincia aprirsi la paratoia A (in ambedue le sponde della bocca di porto); nel tunnel C (vedi FIGURA 12) è presenta acqua di mare con pelo libero alla stessa quota della bocca di porto per cui l’apertura delle paratoie può avvenire senza particolari problemi.
FIGURA 16 La figura illustra sempre la zona delle operazioni senza la presenza dell’acqua di mare. Dopo l’apertura della paratoia A inizia ad uscire il ponte mobile B (sia da una sponda che dall’altra). Il ponte, con i cassoni opportunamente alleggeriti viene trascinato lungo le guide F (vedi FIGURA 12); la conformazione del modulo in uscita in C (punto di attacco alle guide F) permette l’asportazione di eventuali accumuli di sabbia.
FIGURA 17 Dopo l’apertura della paratoia A inizia ad uscire il ponte mobile B (sia da una sponda che dall’altra).
FIGURA 18 I due ponti mobili continuano ad uscire dai rispettivi tunnels di stallo; è possibile prevedere velocità medie di percorrenza variabili fra 20-30 e 50-60 cm/sec.
FIGURA 19 Operazione conclusa. In questa situazione il ponte è transitabile durante i periodi di alta marea ordinaria durante le 3-4 ore a cavallo dei colmi e dei ventri. In situazioni di allarme marea il sistema è pronto a resistere ai sovralzi di marea che si formano a mare.
In situazione di acqua alta abbiamo la situazione illustrata nelle figure 20 e 21.
FIGURA 20 In situazione di allarme marea la transitabilità lungo il ponte viene sospesa. Il livello a mare si alza rispetto al livello in laguna (marea meteorologica).
FIGURA 21 Il livello a mare continua ad aumentare fino ad arrivare al valore maggiore (colmo di marea) di 2,5 e più metri oltre la quota in laguna. In questa configurazione il sistema è idoneo a fronteggiare mareggiate e forti venti. La gronda lagunare non è toccata da sovralzi del pelo libero a mare.
In condizioni non operative i ponti mobili non sono visibili nelle bocche di porto (vedi figura 8 e figura 13) e risultano parcheggiati entro i tunnels interrati (figura 3).
Una possibile soluzione del sistema a ponti mobili, alla bocca di Lido, viene visualizzato nella figura 24.
FIGURA 22 Il livello a mare ritorna ad essere confrontabile con quello in laguna. Il ponte mobile può essere riaperto; in A avviene lo sgancio ed ognuna delle due parti del ponte mobile ritorna all’interno del corrispondente tunnel di stallo.
FIGURA 23 Dopo la chiusura delle due paratoie A si ritorna alla situazione originaria.
FIGURA 24 Ipotesi di soluzione viaria alla Bocca di Lido. A indica le strade di accesso (doppia corsia); B le zone di ingresso al ponte mobile (con parcheggi e biglietteria); C indica i manufatti esterni (stazioni di gestione del ponte mobile); F indica il sedime dei tunnels coperti (interrati) che permettono lo stallo dei ponti quando non operativi; E indica il sedime a mare occupato dai ponti quanto operativi; G i manufatti di controllo delle operazioni.
La figura 25 ripropone la soluzione alla bocca di Lido evidenziando specificatamente gli elementi che in condizioni normali risultano a vista e modificano effettivamente la morfologia locale rispetto alla situazione attuale.
FIGURA 25 Ipotesi di soluzione viaria alla Bocca di Lido. Rispetto alla figura 24 non vengono evidenziate le parti interrate o nascoste. A indica la strada di accesso; B la zona di ingresso al ponte mobile; C i manufatti esterni di manovra; F indica la nuova penisola a mare dove è posizionato il tunnel di stallo collocato in corrispondenza al molo sud della bocca di Lido; G indica i manufatti di controllo delle operazioni.
Allo stesso modo le figure 26/27 e le figure 28/29, illustrano una possibile soluzione rispettivamente alla bocca di Malamocco e alla bocca di Chioggia.
FIGURA 26 Ipotesi di soluzione viaria alla Bocca di Malamocco. A indica le strade di accesso (doppia corsia) e le sistemazioni viarie complementari; B le zone di ingresso ai ponti mobili (con parcheggi e biglietteria); C indica i manufatti esterni (stazioni di gestione del ponte mobile); D indica il sedime dei tunnels coperti (interrati) che permettono lo stallo dei ponti quando non operativi; F indica il sedime a mare occupato dai ponti quando operativi; E indica i manufatti di controllo delle operazioni.
FIGURA 27 Ipotesi di soluzione viaria alla Bocca di Malamocco; la figura 27 è uguale alla figura 26 ma non vengono evidenziati i manufatti interrati e viene rappresentata la situazione di ponte non operativo. A indica le strade di accesso e le sistemazioni viarie complementari; B le zone di ingresso al ponte mobile (con parcheggi e biglietteria); C indica i manufatti esterni per la gestione del ponte mobile; E i manufatti di controllo delle operazioni.
FIGURA 28 Ipotesi di soluzione viaria alla Bocca di Chioggia. A indica le strade di accesso (doppia corsia); B indica i manufatti esterni (stazioni di gestione del ponte mobile); C indica il sedime del tunnel coperto (interrato) che permette lo stallo del ponte quando non operativo; F indica il sedime a mare occupato dal ponte quando operativo; D i manufatti di controllo delle operazioni.
FIGURA 29 Ipotesi di soluzione viaria alla Bocca di Chioggia; viene riproposta la figura 28 ma senza evidenziare i manufatti interrati e nell’ipotesi di ponte non operativo. A indica le strade di accesso; B indica i manufatti esterni (stazioni di gestione del ponte mobile); D i manufatti di controllo delle operazioni.
E’ stata eseguita una piccola valutazione economica di massima per definire gli oneri economici necessari ad attuare l’intervento di protezione di Venezia dall’acqua alta col sistema dei ponti mobili; la valutazione economica è afferente alla ipotesi di soluzione proposta nelle figure 24, 26 e 28:
1] esecuzione delle strade di accesso, di avvicinamento, delle aree di scambio e di sosta: sono stimati 2,5 milioni di euro per la bocca di Lido, 2 milioni per Malamocco e 1,6 milioni per Chioggia;
2] scogliere ed opere marine correlate: sono stimati 5 milioni di euro per Lido, 0,5 milioni per Malamocco e 0,5 milioni di euro per Chioggia;
3] opere civili relative all’esecuzione dei tunnels di stallo: 55 milioni di euro per Lido, 33 milioni per Malamocco e 22 milioni per Chioggia;
4] opere di carpenteria metallica e finiture per i “ponti mobili”: 50 milioni di euro per il Lido, 31,5 milioni di euro per Malamocco e 26,5 milioni di euro per Chioggia;
5] opere elettriche e meccaniche: 10 milioni di euro per il Lido e 9 milioni di euro rispettivamente per Malamocco e Chioggia;
6] opere civili di servizio (controllo, guardiania, manutenzione): 10 milioni di euro per Lido e 9 milioni di euro rispettivamente per Malamocco e Chioggia;
7] opere civili relative ai ponti mobili in assetto operativo: 140 milioni di euro per Lido, 84 milioni per Malamocco e 72 milioni per Chioggia;
8] sistemazione viabilità a Pellestrina e Lido: 60 milioni di euro;
9] sistemazione viabilità a Chioggia e Cavallino: 10 milioni di euro;
10] sistema di allertamento ed intervento: 15 milioni di euro;
11] lavori integrativi e vari: 60 milioni di euro.
Abbiamo quindi un totale complessivo per lavori pari a circa 727 milioni di euro. A questa cifra vanno sommati oneri per rilievi ed indagini, acquisizioni aree, accantonamenti di legge, spese tecniche, spese di pubblicità, spese per attività di supporto, imposte, imprevisti e altro, valutabili in 223 milioni di euro. Il totale complessivo ammonta quindi a circa 950 milioni di euro.
Vediamo alcuni lati positivi della soluzione proposta:
1) si ottiene una chiusura ermetica, fra mare e laguna, in situazione di acqua alta eccezionale. E’ quindi eliminato il problema dell’apporto residuo di portata in laguna legato alla conformazione del sistema delle paratoie mobili previsto dal progetto MO.S.E. La chiusura ermetica allunga l’intervallo temporale entro cui fronteggiare l’acqua alta entro la gronda lagunare durante eventi meteorologici avversi;
2) il sistema è bidirezionale, quindi sono efficacemente fronteggiabili le sollecitazioni legate ai sovralzi di marea che si sviluppano a mare e le sollecitazioni legate a repentine variazioni di flusso alle bocche all’instaurarsi di particolari campi di vento (sovralzi differenziali con bora e scirocco);
3) il sistema ha un impatto sociale immediato, durevole, ben accettato, da subito e nel tempo, in quanto rende possibile un sistema di mobilità impensabile per gli abitanti di Lido e Pellestrina. In condizioni ordinarie la viabilità può essere garantita per 5-6 ore ogni giorno; in via eccezionale (compatibilmente con il tipo di marea astronomica e con le esigenze portuali) il sistema può permettere la chiusura delle bocche di porto anche per periodi di 1 o più giorni;
4) l’instaurazione di un sistema di pedaggi, a pagamento per i visitatori e ridotto o nullo per i residenti, permette un ritorno economico non di eccezionale rilevanza ma comunque in grado di abbattere buona parte delle spese annuali necessarie alla manutenzione ordinaria dell’opera;
5) il sistema presenta un impatto paesaggistico trascurabile in quanto, nelle situazioni di stallo, i ponti mobili sono completamente interrati e nascosti al campo visivo;
6) le tecnologie per realizzare l’opera nei suoi varia aspetti sono mature e relativamente affidabili. Una buona progettazione può annullare buona parte delle perplessità che possono sorgere da una iniziale presa di visione della proposta;
7) il sistema a ponti mobili costa leggermente meno del sistema MO.S.E. e comporta ricadute sociali e ricavi annuali di gestione di ben altra valenza;
8) il sistema dei ponti mobili permette di operare scelte progettuali che aumentano la sicurezza della soluzione e tiene adeguatamente conto dell’impossibilità di valutare con precisione sufficiente la variabilità dei parametri meteo-marini di riferimento per i dimensionamenti e le verifiche.
Ovviamente esistono alcuni lati negativi:
1) viene modificato il fondale in corrispondenza alle linea di scorrimento dei ponti mobili. La necessaria modificazione morfologica al fondale (del resto abbondantemente presente anche nel progetto MO.S.E.) può tuttavia essere mitigata operando opportune scelte tecniche sul dimensionamento delle piastre di supporto;
2) se non è accettato dalla popolazione l’abbandono per Lido e Pellestrina della condizione di isole, il sistema non è da prendere in considerazione;
3) pur se in misura inferiore rispetto al sistema MO.S.E., gli oneri economici preventivabili non sono comunque trascurabili.
Il ciclo del carbonio è un ciclo biogeochimico attraverso il quale il carbonio viene scambiato tra la geosfera, l’idrosfera, la biosfera e l’atmosfera. Tutte queste porzioni della Terra sono considerate riserve di carbonio (fonte). Il bilancio globale del carbonio è il bilancio degli scambi (entrate e uscite) tra le riserve di carbonio o tra uno specifico ciclo (ad es. atmosfera-biosfera) del ciclo del carbonio.
I composti organici vengono prodotti sfruttando il biossido di carbonio tratto dall’aria o dall’acqua (es. alberi e fitoplancton usano la radiazione solare e producono attraverso fotosintesi). Il carbonio viene trasferito nella biosfera quando gli organismi eterotrofi si nutrono di altri organismi. Gran parte del carbonio lascia la biosfera attraverso la respirazione (anerobica con ossigeno e conseguente rilascio di anidride carbonica, anaerobica con rilascio di metano). La combustione di biomassa (es. legna usata per il riscaldamento) può trasferire anch’essa grandi quantitativi di carbonio nell’atmosfera. Il carbonio può lasciare la biosfera, quando la materia organica morta (come la torba) sedimenta e ricoperta da altri depositi sedimentari viene incorporata nella geosfera. Il carbonio può essere immagazzinato per diverse centinaia di anni negli alberi e fino a migliaia di anni nel suolo. Cambiamenti nelle riserve di carbonio possono influenzare direttamente il riscaldamento globale.
Si stima che i mari contengano 36.000 miliardi di tonnellate di carbonio. Il carbonio viene scambiato rapidamente tra atmosfera e oceano. Nelle regioni oceaniche di upwelling il carbonio viene rilasciato verso l’atmosfera. Al contrario, nelle regioni di downwelling il trasferimento di carbonio (CO2) avviene tra atmosfera e oceano. Quando esso è assorbito dall’oceano avviene la formazione di acido carbonico.
Diversi modelli del ciclo del carbonio vengono incorporati nel modello globale del clima; sembra acclarata l’esistenza di una relazione diretta tra temperatura e CO2 (aumentando la CO2 nell’atmosfera si otterrebbe un aumento della temperatura media che a sua volta provocherebbe un ulteriore contributo in aumento del contenuto di CO2 nell’atmosfera).
Le emissioni dei gas di scarico prodotti dalla combustione dei combustibili fossili trasferiscono carbonio dalla geosfera all’atmosfera. In tal modo risulta modificato il ciclo del carbonio modificando la biosfera terrestre e quella oceanica. Inoltre temperature più elevate e livelli di CO2 nell’atmosfera aumentano i tassi di decomposizione nel suolo restituendo all’atmosfera la CO2 immagazzinata in materiale vegetale. Tuttavia un aumento dei livelli di CO2 nell’atmosfera può anche portare ad una maggiore produzione (aumentano infatti i tassi di fotosintesi, consentendo alle piante di utilizzare in modo più efficiente l’acqua non avendo bisogno di lasciare gli stomi aperti per lunghi periodi di tempo, in modo da assorbire la stessa quantità di anidride carbonica).
I suoli contengono la maggior parte del carbonio nel suo ciclo terrestre. Viene stimato (fonte FAO) che 1 metro di profondità contenga 1.500 miliardi di tonnellate (1.500 GT) di carbonio nella biosfera (approssimativamente il doppio di quello contenuto nell’atmosfera). La vegetazione contiene 600 GT (in particolare 270 GT nei boschi). Una gestione rigenerativa dei terreni (agricoltura industriale) potrebbe aumentare lo stoccaggio del carbonio nei terreni stessi. L’uso di strategie particolari (radici profonde, compost, erbe e leguminose, lombrichicoltura) permetterebbero al carbonio di introdursi in profondità restando stabile.
Il carbonio stabile è sensibile alle attività antropiche. Si stima che il 60% del carbonio conservato nel suolo e nella vegetazione è stato disperso nell’atmosfera a causa del cambiamento nell’uso dei terreni.
Nel tempo si è sviluppato un processo dinamico finalizzato ad integrare nuove idee ed acquisire nuove prove fisiche nelle teorie che spiegano la realtà fisica. Si tratta del metodo scientifico ovvero di quel processo logico induttivo deduttivo sperimentale destinato a spiegare sempre meglio la fenomenologia fisica anche solo attraverso l’eliminazione o riduzione di errori precedenti che si mantengono nella spiegazione deterministica supposta acquisita. Il metodo scientifico richiede la validazione ricorrente della teoria acquisita con ricorrenti acquisizione di prove fisiche (osservazioni, sperimentazioni). Se una teoria non è suffragata ripetutamente e continuativamente da prove la teoria non può che essere cambiata o addirittura scartata. Quindi il metodo scientifico fa avanzare la scienza soprattutto eliminando o riducendo via via gli errori e formando nuove teorie comunque da sottoporre a nuovi ed iterativi test.
Se i dati di una certa fenomenologia fisica vengono manomessi o non validati si commette un danno alla scienza perchè si riduce la possibilità di acquisire la riduzione o addirittura l’annullamento degli errori insiti in una determinata teoria. Chi persegue la conoscenza scientifica non può manomettere o modificare i dati destinati ad avvallare una data teoria o a ridurre gli errori insiti nella sua mancata ed esaustiva definizione.
Si indica con CH4. A temperatura e pressione ambiente si presenta come gas incolore, inodore e molto infiammabile. Il metano è liquido ad una temperatura di –162 °C a pressione atmosferica. Nella molecola del metano a forma tetraedrica l’atomo di carbonio è al centro mentre nei vertici si trovano gli atomi di idrogeno. La molecola presenta 4 legami C-H equivalenti (fonte).
Quando si estrae il petrolio risale in superficie anche il metano. Se i giacimenti sono lontani dai luoghi di consumo risulta quasi impossibile da sfruttare e quindi viene bruciato oppure viene ripompato nei giacimenti favorendo ulteriormente l’uscita del greggio grazie alla pressione.
Il metano è un gas serra presente nell’atmosfera terrestre in concentrazioni molto inferiori a quelle dell’anidride carbonica ma con potenziale di riscaldamento globale 21 volte superiore. Dal 60% all’80% delle emissioni mondiali è di origine umana (miniere di carbone, attività petrolifera, gasdotti e agricoltura).
Nell’anno 2019 la concentrazione in atmosfera valeva 1862,8 ppb. Il metano è responsabile al 18% dell’incremento dell’effetto serra. E’ abbondante nel sistema solare e si ritiene che il metano sia il prodotto di vari processi chimici che hanno caratterizzato le prime fasi della formazione dei pianeti. Nell’atmosfera è all’incirca dell’80-90% è di origine biologica.
Alcuni governi hanno iniziato a vietare il metano nelle nuove costruzioni residenziali in quanto si ritiene che possa influire sulla temperatura globale.
Le catene di reazioni chimiche note come fotosintesiclorofilliana sono basilari per la vita nella Terra. La fotosintesi clorofillina prevede un ingresso di anidride carbonica, acqua e energia radiante con la presenza di un catalizzatore chiamato clorofilla. In uscita abbiamo carboidrati e ossigeno. Il processo è rappresentabile come di seguito:
6CO2+ 6H2O + ν → C6H12O6+ 6O2
dove ν rappresenta l’apporto dei fotoni della radiazione (luce).
L’ossigeno generato dalle piante attraverso la fotosintesi clorofillina proviene soprattutto dall’acqua assorbita dalla pianta; l’ossigeno presente nella CO2 viene incorporato nei carboidrati.
Alcuni tipi di piante producono acido fosfoglicerico come primo passo nella fotosintesi. Altri tipi di piante (canna da zucchero, mais, sorgo, miglio, …) producono acido malico o acido aspartico come primo passo. In questo ultimo caso le molecole prodotte contengono 4 atomi di carbonio e 1 atomo di azoto; per questo motivo questo secondo tipo di piante rientra in una categoria indicata come C4. Nella prima tipologia di piante l’acido fosfoglicerico contiene 3 atomi di carbonio; per questo motivo questo primo tipo di piante si indica come C3. Attualmente la vegetazione C4 domina ai tropici mentre la C3 domina nella zona temperata.
Aumentando i livelli di CO2 nell’atmosfera aumenta la crescita delle piante. Circa il 95% di tutte le piante sulla Terra sono di tipo C3. Le piante C4 rappresentano solo l’1% ma la vegetazione di tipo C4 come canna da zucchero, mais, sorgo e miglio è molto importante dal punto di vista economico. Il rimanente 4% include piante meno importanti dal punto di vista economico come le essenze tipiche dei climi aridi (cactus).
Le reazioni chimiche di fotosintesi sono più veloci all’aumentare della temperatura. Si stima un raddoppio della velocità di reazione per ogni aumento di 5°C. Più elevata è la temperatura più velocemente crescono le piante a condizione che i livelli di CO2, acqua, luce solare e sostanze nutritive siano adeguati. Le piante tipo C4 rispondono più efficacemente all’aumento della temperatura rspetto alle piante tipo C3.
Le piante traspirano il vapore acqueo per mantenere una temperatura uniforme. Livelli più elevati di CO2 aumentano l’efficienza dell’uso dell’acqua da parte delle piante. A parità di resa un maggior apporto di CO2 può permettere la riduzione dell’apporto di acqua; inoltre all’aumentare di CO2 si restringono gli stomi delle piante ed una minor quantità di inquinanti presenti nell’aria riesce a passare attraverso le aperture più strette. Ciò vuol dire che un maggior contributo di CO2 aiuta a proteggere le piante dai danni causati da inquinanti presenti nell’atmosfera come ozono o anidride solforosa.
La maggior produzione di ossigeno avviene negli oceani (si ritiene che il 90% dell’ossigeno consumato venga rimpiazzato dalle alghe). Si stima che le piante assorbano giornalmente dai 13 ai 15 mmg di CO2 per ogni dm2 di superficie fogliare. L’ossigeno rilasciato corrisponde al volume di CO2 consumato essendo trascurabile l’ossigeno utilizzato per la respirazione delle piante. Si stima inoltre che la fotosintesi pareggi i 10×10^6 kg di ossigeno al secondo consumati dalla respirazione di tutti gli organismi viventi e dalla combustione di materiale organico sulla Terra.
Un albero che presenta un diametro di 100 cm a 150 cm di altezza dal suolo rilascia 0,31 kg di ossigeno al giorno. Un albero più piccolo con diametro 30 cm circa rilascia 0,06 kg al giorno. Mediamente un uomo consuma 0,84 kg di ossigeno al giorno per la respirazione.
I termometri di misurazione della temperatura dell’aria in atmosfera nelle capannine meteorologiche con circolazione naturale dell’aria non indicano la temperatura dell’aria in atmosfera.
Infatti i termometri a liquido evidenziano la temperatura che lo stesso liquido ha acquisito mentre i termometri a resistenza mostrano la temperatura che la stessa resistenza ha acquisito. In senso stretto non quantificano la temperatura dell’aria.
C’è poi da evidenziare che l’incidenza della radiazione infrarossa delle pareti che costituiscono una capannina meteorologica è difficilmente valutabile; inoltre il trasferimento del calore nell’ambito del volume della capannina correlato al movimento naturale circolatorio dell’aria è più lento rispetto al calore trasmesso dalle radiazioni infrarosse.
La curva della temperatura è un segnale a forma sinusoidale correlato principalmente al movimento a forma sinusoidale del sole. La curva della temperatura diurna normalmente procede con decadimento esponenziale al progredire della notte in conseguenza soprattutto dalla emissione di calore dalla superficie secondo la legge di Planck. La radiazione termica proveniente dalla superficie aumenta durante il giorno man mano che il sole riscalda ma quando l’apporto del sole inizia a diminuire l’attività di radiazione diventa dominante.
La misurazione della temperatura a fini meteorologici e climatici dovrebbe tener conto di valori integrati caratteristici della curva della temperatura giornaliera (grado-giorno). Utilizzare il valore di grado-giorno eliminerebbe anche la ricerca di un valore mediano della temperatura. Ancora adesso prevale il calcolo temperatura massima più temperatura minima diviso per 2; ma tale calcolo non è una media. E’ un valore mediano non di grande utilità per descrivere riassuntivamente la distribuzione delle temperature.
In realtà la temperatura è un indicatore distorto del contenuto di calore che qualifica maggiormente il clima. Sarebbe meglio stimare l’entalpia al posto della temperatura ovvero tener conto sia della temperatura che dell’umidità. La sola temperatura mediana, o anche media, può avere lo stesso valore per climi molto diversi ma permane un indicatore inadeguato (pensiamo ai climi “diversi” fra zone con “calore secco” e zone con “calore umido” pur avendo analoghi valori di temperatura mediana o media). L’entalpia sarebbe una misura del contenuto di calore e la semplice somma dei corrispondenti valori porterebbe a risultanze omogenee in termini di tendenza climatica.
Lʼanidride carbonica o diossido di carbonio (formula chimica CO2) è un ossido acido la cui molecola è formata da un atomo di carbonio (C) legato a due atomi di ossigeno (O). A temperatura ambiente è u gas incolore, di odore pungente e sapore debolmente acidulo. E’ più pesante dell’aria (di circa 1,5 volte) e tende a stratificarsi al suolo.
La CO2 è coinvolta nella fotosintesi (da cui ossigeno e vapore acqueo) e vien prodotta durante la respirazione. Viene inoltre prodotta dalla maggior parte delle combustioni.
La concentrazione di CO2 nell’atmosfera sta aumentando rapidamente. Nel 1750 (inizio uso del carbone come fonte di energia) la CO2 atmosferica valeva circa 280 ppm. Al momento attuale (anno 2020) siamo intorno a 415 ppm. L’anidride carbonica è molto efficace nel bloccare le radiazioni infrarosse termiche per cui è considerata un gas serra con forte impatto sul clima globale.
Quando i combustibili fossili vengono bruciati l’ossigeno atmosferico viene convertito in CO2 e la concentrazione di ossigeno nell’atmosfera diminuisce. La perdita di ossigeno è un cambiamento relativamente piccolo a causa della maggiore abbondanza nell’atmosfera rispetto all’anidride carbonica. La percentuale di ossigeno nell’atmosfera è circa 20,95; la percentuale di CO2 nell’atmosfera è circa lo 0,04.
Quantitativamenteper ogni atomo di carbonio una molecola di ossigeno scompare dall’atmosfera (C+O2–>CO2). La quantità di CO2 rilasciata da combustibili fossili e deforestazione è ritenuta responsabile dell’aumento della CO2 atmosferica.
Le emissioni di CO2 da combustibili gassosi, combustibili liquidi, cemento e deforestazione sono stimate in 40 gT/anno. Le emissioni vulcaniche di CO2 sono stimate nel valore 700×10^6 T.
Si stima che il 44% delle emissioni di CO2 correlate alle attività umane rimane nell’atmosfera. La parte rimanente viene assorbita dagli oceani o dalle piante attraverso la fotosintesi clorofilliana; quindi le emissioni di CO2 prodotte dall’uomo sono più del doppio di quanto è necessario per tenere conto dell’aumento di CO2 nell’atmosfera. La CO2 globale media effettiva sta aumentando ad un tasso di circa il 44% delle emissioni cumulative di CO2 prodotte dall’uomo.
I satelliti NASA denominati OCO2 e OCO3 forniscono un monitoraggio continuo della CO2 in tutto il mondo. Le principali fonti di CO2 sono negli Stati Uniti orientali, nella Cina orientale, nei centri industriali dell’Europa centrale e orientale, nei giacimenti petroliferi della Siberia occidentale e negli incendi boschivi nelle foreste amazzoniche.
Un chilogrammo di CO2 contiene 22,722 moli di CO2. Le parti per milione (ppm) di ossigeno possono essere convertite in moli moltiplicando per il numero di moli nell’atmosfera (stimato nel valore 1,81E+20).
La CO2 incide sull’entità dell’effetto serra (vedi). In estate (quindi con insolazione massima) diminuisce l’effetto serra poiché diminuisce il contenuto di vapore acqueo ed è minimo il contenuto di CO2 (le piante consumano più CO2 in estate). In questo caso l’atmosfera trattiene minor calore al suo interno. Al contrario d’inverno, quando l’insolazione è minima, è massimo il potenziale serra dell’atmosfera essendo massima sia l’umidità nell’atmosfera sia il contenuto di CO2 (minor consumo della CO2 da parte delle piante). In questo secondo caso l’atmosfera riesce a trattenere maggiore energia al suo interno.
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AGGIORNAMENTO 19/10/2020 => Secondo la Carbon Disclosure Project il 71% delle emissioni globali di CO2 è imputabile a 100 aziende. Le più rilevani tra queste sono: l’industria carboniera cinese che risulta responsabile del 14% delle emissioni, la Saudi Aramco Oil Company (4,5%), la russa Gazprom (3,9%), National Iranian Oil Company (2,3%), ExoonMobil Corp (2%), Coal India (1,9%), Petroleos Mexicanos (1,9%), Russia Coal (1,9%), Royal Dutch Shell Plc (1,7%), China National Petrolum Corp (1,26%).
AGGIORNAMENTO 11/12/2023 =>Dalle carote di ghiaccio è noto che la CO2 varia nell’atmosfera, quindi non è corretto ipotizzare che esista perennemente un ciclo della CO2 equilibrato (un ciclo può essere equilibrato per un periodo di tempo finchè qualcosa lo sconvolge e varia la presenza della stessa CO2). E’ ipotizzato che uno dei possibili sospettati è proprio un aumento dela temperatura che comporta un aumento del tasso di CO2.
AGGIORNAMENTO 12/01/2024 => L’aumento della CO2 riscalda l’atmosfera in due modi: A) effetto radiativo correlato alla presenza di una finestra trasparente a lunghezze d’onda comprese tra 9 e 16 micron. La radiazione a onde lunghe fra 9 e 16 micron passa senza restrizioni ma l’introduzione di CO2 nell’atmosfera porta ad una limitazione del flusso radiativo centrato attorno a 15 micron. Ciò chiude leggermente questa finestra e ciò porta ad un rialzo delle temperature. L’effetto pare diminuire e quindi perdere di potenza se le concentrazioni di CO2 raggiungono valori intorno a 600 ppm. B) Concentrazioni di CO2 più alte comportano una altezza media di emissione di CO2 più elevata (vedi l’aiuto gas serra per una precisazione circa il concetto di altezza di emissione).. Ma una altezza media di emissione più elevata significa concentrazioni di gas inferiori a questa altezza di emissione e quindi un percorso privo di interferenze più lungo per i fotoni con un conseguente raffreddamento del pianeta man mano che un numero maggiore degli stessi fotoni raggiunge lo spazio. Di converso un’altezza di emissione più elevata comporta anche emissioni individuali inferiori a causa delle temperature più basse all’altezza di emissione media e quindi una opposta tendenza a riscaldare il pianeta. L’emissione nello spazio in funzione delle condizioni in cui si trova l’atmosfera aumenta man mano che le concentrazioni di CO2 aumentano da bassi valori fino a 300 ppm (con raffreddamento dell’atmosfera) mentre a concentrazioni superiori a 300 ppm l’emissione nello spazio diminuisce (con riscaldamento dell’atmosfera).
Corso d’acqua naturale (anche non perenne) o artificiale, che almeno una volta all’anno vede la formazione di un flusso concentrato di acqua di pioggia.
Intervallo medio di tempo (generalmente numero di anni) all’interno del quale un evento di precipitazione é uguagliato o superato (ad esempio altezza massima puntuale di pioggia di durata 1 ora).
Corpo naturale tridimensionale costituito da componenti minerali, organici e organo–metalli, sviluppatosi ed evolvente sullo strato superficiale della crosta terrestre, sotto l’influenza di fattori genetici e ambientali, quali il clima, la roccia madre, gli organismi animali e vegetali e i microrganismi, l’acclività e le acque.
