RICERCA ITALIANA     

Caratterizzazione teorica e sperimentale dell'impatto sui corsi d'acqua ricettori degli inquinanti conservativi e non conservativi veicolati dalle acque meteoriche urbane

Politecnico di Milano

Abstract

Ai fini della tutela dei corpi idrici e del conseguimento degli obiettivi di qualità fissati dalle direttive europee (direttiva 2000/60) e nazionali (D.Lgs. 152/99, aggiornato col D.Lgs. 258/00), gli scarichi di piena effluenti dalle aree antropizzate urbane ed extraurbane durante i periodi piovosi sono causa di violento e improvviso inquinamento dei corpi idrici ricettori.
Infatti in tempo di pioggia le acque meteoriche che dilavano le aree urbane contengono un'ampia varietà di composti inquinanti quali rifiuti organici, nutrienti, batteri, solidi, metalli pesanti, fertilizzanti, pesticidi, oli, detergenti, residui dovuti al traffico veicolare. Pertanto è ormai assodato che una delle cause principali dell'inquinamento dei corpi idrici ricettori sia proprio il contributo degli scarichi di tempo piovoso delle reti fognarie e che tale inquinamento sia sicuramente causa di condizioni particolarmente critiche per l'ecosistema dei corsi d'acqua.
In particolare, l'evento di pioggia rimuove il materiale accumulato sulle aree urbane soprattutto inizialmente, per cui nella acque di "prima pioggia" si hanno di solito le più elevate concentrazioni d'inquinanti. Ciò rende ancor più marcata la necessità di disporre di conoscenze sperimentali e di strumenti modellistici per l'analisi dei transitori rapidi, che hanno una durata ben minore della scala temporale adottata negli usuali monitoraggi quali-quantitativi dei corpi idrici ricettori in ottemperanza alle normative e usualmente considerata nei modelli di rappresentazione dei fenomeni di trasporto e trasformazione degli inquinanti a scala di bacino.
È per questo che alcune procedure estere (quali la UPM – Urban Pollution Management, 1994) adottano standard di qualità (i cosidetti Intermittent Standards) appositamente mirati ai transitori idrobiochimici e che sono ben differenti da quelli previsti dalle norme indirizzate a valutare la qualità media dei corpi idrici.
Tuttavia la definizione di standard relativi ai transitori non può derivare da un semplice recepimento delle citate esperienze estere, dal momento che deve tener conto degli specifici comparti biologici che caratterizzano i ricettori nei vari ambienti climatici del territorio italiano.

La ricerca proposta approfondirà le attività teoriche e sperimentali già intraprese nell'ambito della precedente ricerca MIUR COFIN 2002 "Controllo dei fenomeni idrologici e di trasporto e trasformazione degli inquinanti generati nelle aree urbanizzate ai fini della tutela dei corpi idrici superficiali". Dagli interessanti risultati di tale attività, pubblicati negli Atti dei due Workshops tenutisi a Parma nel 2003 e a Cosenza nel 2004 (Paoletti et al., 2005), emerge infatti l'importanza di disporre di ancor più approfondite caratterizzazioni sperimentali e di adeguati strumenti modellistici.
La ricerca qui proposta è quindi strutturata su 5 unità operative locali per l'assoluta necessità di estendere l'attività sperimentale e modellistica su siti e ambiti di diversa natura, inerenti:
- i fenomeni di formazione dell'inquinamento delle superfici urbane in relazione alla loro uso (industriale, commerciale, stradale);
- i meccanismi di trasporto in sospensione e di fondo dei sedimenti nelle rete di drenaggio;
- i fenomeni di trasporto e trasformazione biochimica delle onde inquinate lungo i corsi d'acqua ricettori.
Tali attività si svilupperanno in 5 siti sperimentali urbani ed extraurbani e in 1 laboratorio universitario di idraulica, in parte anche usufruendo di apparati di monitoraggio già disponibili presso le stesse Unità di Ricerca.
Parallelamente verrà sviluppata un'intensa attività a carattere teorico e modellistico sia per l'interpretazione fisico-biochimica dei dati sperimentali ottenuti con questa stessa ricerca e di quelli di letteratura, sia per la simulazione di scenari utili alle pratiche applicazioni di pianificazione a scala di bacino e alla messa a punto di strategie strutturali e non strutturali di intervento a scala locale. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Alessandro PAOLETTI Politecnico di MILANO

Obiettivo del Programma di Ricerca

Nel quadro delle esigenze connesse alla tutela quantitativa e qualitativa dei corpi idrici prevista dalla normativa europea (Direttiva CE 2000/60) e nazionale (Piani di Tutela ai sensi del D.Lgs. 152/99, aggiornato con D.Lgs. 258/00) è pressante la richiesta di ricerca scientifica sui complessi fenomeni dinamici di formazione, propagazione, invaso e trasformazione biochimica degli inquinanti d'interesse per i corpi idrici superficiali e sotterranei presenti nei bacini oggetto della pianificazione. Infatti le rappresentazioni oggi disponibili di tali fenomeni sono ancora parziali e incomplete a causa sia della perdurante penuria di specifiche conoscenze sperimentali sia delle inevitabili semplificazioni insite negli algoritmi, deterministici o stocastici, che caratterizzano i modelli di simulazione a scala di bacino.
D'altra parte, la disponibilità di dati sperimentali relativi ai detti fenomeni quali-quantitativi è essa pure essenziale, sia per monitorare la criticità o non criticità delle situazioni reali di volta in volta studiate, sia per validare le stesse tecniche di acquisizione dei dati, sia per consentire la calibrazione dei suddetti modelli idrodinamici e di propagazione degli inquinanti, sia infine per valutare al vero o in scala ridotta i benefici ottenibili con interventi prototipo volti al risanamento o alla tutela dei corpi idrici. Inoltre la permanenza nel tempo delle stazioni di monitoraggio già realizzate e attive costituisce un requisito vincolante per poter studiare le tendenze di lungo periodo e le componenti aleatorie della presenza e delle modalità di propagazione degli inquinanti.
La ricerca proposta ha lo scopo di estendere l'analisi sperimentale e teorica della componente urbana dell'impatto sulla qualità dei corsi d'acqua ricettori e approfondire i risultati raggiunti nel corso della precedente ricerca MIUR COFIN 2002 "Controllo dei fenomeni idrologici e di trasporto e trasformazione degli inquinanti generati nelle aree urbanizzate ai fini della tutela dei corpi idrici superficiali". Dagli interessanti risultati di tale attività, pubblicati negli Atti dei due Workshops tenutisi a Parma nel 2003 e a Cosenza nel 2004 (Paoletti et al., 2005), si evince infatti che in molte situazioni fortemente antropizzate la possibilità di riduzione e controllo della suddetta componente urbana dell'impatto sui corsi d'acqua risulta assolutamente determinante per la definizione degli scenari di tutela.
La ricerca proposta ha pertanto i seguenti 4 obiettivi generali:
1) approfondire gli aspetti sperimentali e modellistici che attengono all'accumulo in tempo secco e al successivo dilavamento e trasporto in tempo piovoso dei sedimenti e degli inquinanti nelle superfici urbane a diversa destinazione d'uso e nelle reti di drenaggio di differente tipologia;
2) indagare, mediante nuove sperimentazioni di campo e di laboratorio insieme ad analisi modellistiche con modelli o di letteratura o proposti dalle stesse Unità di Ricerca, i meccanismi di trasporto e trasformazione biochimica lungo i corsi d'acqua delle onde di inquinante immesse in tempo piovoso dagli scarichi urbani, per determinare entità e durata dei transitori durante i quali si presentano valori delle concentrazioni dei parametri di interesse incompatibili con i requisiti di sostenibilità della vita acquatica;
3) quantificare a scala di bacino l'impatto causato dalle acque meteoriche provenienti dalle aree antropizzate urbane ed extraurbane, in relazione all'ampia varietà delle caratteristiche insediative, geomorfologiche e meteoclimatiche del territorio italiano, allo scopo di consentire le valutazioni necessarie per la pianificazione della tutela dei corpi idrici;
4) individuare i possibili scenari conseguenti a interventi strutturali e non strutturali idonei per la riduzione di tale impatto.
Nel quadro di tali 4 obiettivi generali e tenuto conto delle importanti evidenze sperimentali già ricavate nel corso della precedente ricerca MIUR COFIN 2002 "Controllo dei fenomeni idrologici e di trasporto e trasformazione degli inquinanti generati nelle aree urbanizzate ai fini della tutela dei corpi idrici superficiali" e descritte nel paragrafo 2.2, emerge la necessità di approfondire la ricerca sperimentale e soprattutto di estendere le sperimentazioni anche in nuovi bacini campione aventi caratteristiche diversificate, oltre che di mantenere operativi quelli già oggetto dei monitoraggi in atto.
La ricerca qui proposta è quindi strutturata su 5 unità di ricerca per l'assoluta necessità di estendere l'attività sperimentale e modellistica su siti e in ambiti di diversa natura. Infatti, come verrà messo in luce nel successivo paragrafo 2.3, le ricerche proposte dalle diverse Unità di Ricerca locali si svilupperanno in 5 siti sperimentali urbani ed extraurbani e in 1 laboratorio universitario di idraulica, anche usufruendo di apparati di monitoraggio già disponibili presso le stesse Unità di Ricerca.
Nell'ambito dei 4 obiettivi generali prima descritti, la ricerca svilupperà i seguenti 11 temi principali, identificati dalla lettere a-b-c-d-e-f-g-h-i-j-k e così suddivisi tra ricerche A) in ambito urbano, B) sui corsi d'acqua ricettori, C) a scala di bacino.

A) Ricerche in ambito urbano (nelle aree antropizzate e nelle corrispondenti reti di drenaggio) per:
a- determinare sperimentalmente in diversi bacini campione l'accumulo in tempo secco e il successivo dilavamento e trasporto in tempo piovoso dei sedimenti e degli inquinanti che caratterizzano le acque meteoriche di dilavamento (e in particolare di prima pioggia) su superfici stradali o di pertinenza stradale e su superfici di insediamenti produttivi;
b- verificare e mettere a punto gli algoritmi di simulazione quali-quantitativa dell'accumulo degli inquinanti in tempo secco e del dilavamento in tempo piovoso, anche in base ai dati come sopra registrati;
c- simulare lunghe serie pluviometriche in continuo allo scopo di definire i caratteri stocastici medi e straordinari della formazione delle onde di inquinante sulle superfici urbane;
d- analizzare metodologie non-strutturali di mitigazione dell'impatto delle acque di prima pioggia;
e- indagare sperimentalmente in laboratorio e interpretare teoricamente la sedimentazione, la risospensione e il trasporto dei depositi inquinati all'interno dei collettori, in funzione della loro composizione granulometrica e natura coesiva o incoerente nonché della forma geometrica della sezione.

B) Ricerche sui corsi d'acqua ricettori per:
f- indagare sperimentalmente sugli effetti dei transitori innescati dagli scarichi urbani di tempo piovoso sul comparto biochimico di aste fluviali a debole tirante idrico e a regime naturale torrentizio o saltuario, caratterizzato da periodiche magre o asciutte, tipiche di gran parte del territorio italiano;
g- descrivere tali effetti con opportuni parametri modellistici che tengano conto di dispersione longitudinale, accumulo temporaneo in zone di rallentamento o morte, decadimento biochimico e riossigenazione;
h- elaborare e calibrare metodologie di stima dei parametri modellistici di cui al punto precedente le quali possano prescindere dalla misura diretta degli effetti dei transitori d'inquinamento;
i- individuare "Intermittent Standards" idonei per definire le soglie di sostenibilità dei fenomeni di shock indotti dagli scarichi meteorici urbani ai fini della salvaguardia del comparto biotico.

C) Ricerche a scala di bacino per:
j- predisporre modelli di simulazione quali-quantitativa in continuo di tipo integrato a scala di bacino della dinamica dei carichi inquinanti concentrati di origine civile e produttiva e dei carichi diffusi di origine agricola e zootecnica in osservanza dei requisiti di qualità delle acque riportati nelle normative europea (Direttive UE 2000/60) e nazionale (D.Lgs. 152/99);
k- elaborare metodologie per la previsione degli scenari conseguenti a interventi strutturali e non strutturali per la riduzione dell'impatto sui corpi idrici ricettori. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Tenendo conto degli obiettivi prima esposti al paragafo 2.1, la presente proposta di ricerca fonda la propria base di partenza scientifica sia sulla letteratura scientifica nazionale e internazionale sia sui risultati teorici e sperimentali conseguiti per mezzo dalla precedente ricerca nazionale biennale MIUR COFIN 2002 "Controllo dei fenomeni idrologici e di trasporto e trasformazione degli inquinanti generati nelle aree urbanizzate ai fini della tutela dei corpi idrici superficiali", pubblicati negli Atti dei due Workshops tenutisi a Parma nel 2003 e a Cosenza nel 2004 (Paoletti et al., 2005).
Numerosi studi sperimentali e teorici sono stati condotti su scala internazionale per valutare la qualità delle acque meteoriche di dilavamento sia di bacini urbani sia di infrastrutture viarie e per caratterizzare i fenomeni che governano la dinamica degli inquinanti su aree urbanizzate e nei sistemi fognari unitari e separati (De Filippi e Shih, 1971; Sartor e Boyd, 1974; Wanielista et al., 1977; Lindholm e Balmèr, 1978; Novotny e Chester, 1981; Ellis e Revitt, 1982; Reinertsen, 1982; Lygren et al., 1984; Berndtsson et al., 1990; Bujon e Herremans, 1990; Muschack, 1990; Tong, 1990; Hamilton e Harrison, 1991; Ball et al., 1998; Deletic e Mahsimivic, 1998; Irish et al., 1998; Saget et al.,1998; Sansalone et al., 1998; Legret e Pagotto, 1999; Sansalone et al., 2002; Vaze e Chiew, 2002).
In Italia almeno da due decenni sono stati equipaggiati alcuni bacini urbani per studiare la trasformazione afflussi deflussi (Papiri, 1989; La Loggia e Viviani, 1992; Ciaponi e Papiri, 1994) e successivamente, per alcuni bacini, l'indagine è stata estesa alla caratterizzazione della qualità delle acque di dilavamento (Artina et al., 1997; Milano et al., 2002; Ciaponi et al., 2002a; Berretta et al., 2003).
Solo di recente sono state realizzate installazioni sperimentali per caratterizzare le acque defluenti da infrastrutture viarie (Artina e Maglionico, 2003; Calabrò et al., 2003; Barco et al., 2004).

Tra gli aspetti più importanti legati alla calibrazione dei modelli matematici vi sono quelli legati alla valutazione del materiale presente sulla superficie urbana, che viene poi dilavato dalla pioggia e immesso nella rete fognaria e passa attraverso i manufatti in essa presenti. Normalmente si parla di "build-up" in merito all'accumulo di tale materiale sul bacino durante il tempo secco, e di "wash-off" in merito alla rimozione del materiale a opera della pioggia.
In letteratura si trovano diversi studi che hanno cercato di comprendere come avviene il "build-up" (Sartor e Boyd 1972; Shaneen, 1975; Ellis e Revitt 1982; Ball et al., 1998; Vaze e Chiew, 2002) ma occorre ricordare che è un fenomeno che dipende da numerosi fattori che vanno dal tipo di pavimentazione stradale all'entità del traffico. Per questo è comunque molto importante condurre ulteriori indagini sperimentali in modo da avere il più ampio panorama di casi possibili.
Assieme alla valutazione dell'entità del materiale accumulato sulle sedi urbane diventa altrettanto importante comprenderne le sue caratteristiche qualitative in termini di inquinanti in esso presenti (Mitchell, 1985; Hewitt e Rasched, 1990; Bannerman et al., 1993; Sansalone e Buchberger, 1997; European Commission, 2001). Le acque meteoriche diventano poi il veicolo per immettere tali inquinanti nel sistema fognario attraverso le caditoie e successivamente, attraverso gli scaricatori, nei corpi idrici ricettori. Conoscere pertanto le caratteristiche e l'entità dei carichi inquinanti significa poter sviluppare strategie per mitigarne l'impatto.
Ma proprio tale ricchezza di contributi mette in luce da un lato la grande dispersione dei dati sperimentali, che si giustifica per l'enorme varietà delle caratteristiche urbanistiche, morfologiche, idrologiche e di uso del suolo dei siti sperimentali e per le differenti metodologie di monitoraggio, dall'altro l'ampia differenziazione dei modelli interpretativi e dei relativi campi di variazione dei parametri (Hemain, 1986; Novotny et al., 1981).

Il trasporto di inquinanti avviene attraverso sia la fase liquida sia quella solida, ovvero attraverso i depositi di fondo di materiale granulare e coesivo delle fognature, bianche, nere o miste. Fra gli studi in corso ci sono quelli relativi al trasporto del materiale depositato sul fondo delle fognature (Calomino et al., 2004 a, Jia et al. 2005) e alla risposta dei corpi idrici fluviali all'immissione di acque di provenienza urbana (De Filpo et al., 2000, Calomino et al.,2002, 2003,2004 a,b).
All'interno delle fognature e negli alvei fluviali le leggi che ne regolano il moto sono le medesime, tuttavia numerosi studi di letteratura hanno mostrato che non è appropriato utilizzare anche nei collettori fognari i modelli di trasporto sviluppati per i corsi d'acqua naturali (Ab Ghani, 1993; Nalluri e Ab Ghani, 1993; Mayerle et al., 1991; Ackers, 1984; May, 1982). Ciò è dovuto a molteplici cause: i sedimenti presenti nei collettori sono spesso costituiti da misture granulometriche di materiali coesivi e non coesivi; il letto dei sedimenti risulta spesso stratificato; a causa del processo di cementificazione della parte coesiva, la soglia di moto incipiente dei sedimenti varia nel tempo e con scostamenti significativi rispetto a quanto previsto dalla teoria classica di Shields; le condizioni di moto nei collettori sono non stazionarie, a differenza delle condizioni stazionarie in cui sono state ricavate le formule di capacità di trasporto negli alvei fluviali; i modelli di trasporto esistenti sono spesso ricavati da esperienze eseguite in laboratorio su canali a sezione rettangolare e, pertanto, i risultati non sono applicabili ai comuni collettori fognari a sezione circolare od ovoidale (Knight e Sterling, 2000; De Sutter et al., 1999a,b, 2000; Ota et al. 1999; Rushforth et al., 1999; Tait et al., 1998; Ackers et al., 1996; Berlamont e Torfs, 1996; Nalluri e Alvarez 1992; Binnie & Partners e Hydraulics Research, 1987).

La qualità dei corsi d'acqua a cui afferiscono aree urbane è peraltro fortemente influenzata, oltre che dalla qualità delle acque pluviali provenienti dal dilavamento delle strade (Piro e Sole, 2001; Roesner e Rownei, 1996; Alley e Smith, 1981), caratterizzate da forti concentrazioni di solidi sospesi, anche dalle caratteristiche proprie della corrente (Chapra, 1997; Metcalf&Eddy, 1991; Saul, 2002; Schilling, 2003).
In proposito in Italia è stato possibile tenere sotto osservazione con misure su campo e monitorare per alcuni anni la qualità delle acque fluviali del fiume Crati nel tratto urbano di Cosenza, del Torrente Lura nell'area nord-milanese e del Canale Navile a Bologna.

Per quanto riguarda il fiume Crati è stata indagata la dinamica evolutiva dell'ossigeno disciolto, usato come indicatore dello stato di inquinamento del corso d'acqua (Veltri et al. 2004, 2005a, b; De Filpo et al. 2000, 2003), valutando le caratteristiche di deossigenazione e riossigenazione del fiume e si sono stimate le capacità autodepurative dello stesso.
La riossigenazione delle correnti idriche è un fenomeno fortemente legato alle caratteristiche idrauliche della corrente; in particolare, la capacità di riossigenazione è direttamente proporzionale all'estensione della superficie idrica di contatto con l'atmosfera e al grado di turbolenza (Chapra, 1997).
L'argomento riveste notevole importanza, in quanto, a fronte di un sempre crescente interesse per la qualità dei corpi idrici, restano da studiare sia le caratteristiche delle acque miste, sia le reali capacità autodepurative dei corpi idrici riceventi nelle diverse condizioni di deflusso e idrauliche, sia gli interventi da porre in atto al fine di mitigare l'impatto delle acque sversate (ASCE-WF, 2002; Paoletti et al., 1998).
Attualmente, in campo nazionale e internazionale, la ricerca sulle proprietà del coefficiente di riossigenazione tiene separati gli studi in sito sui corsi d'acqua naturali e quelli di laboratorio. In particolare, per quanto riguarda l'attività sul campo sono state proposte equazioni empiriche che mettono in relazione il coefficiente di riossigenazione alla velocità e al tirante idrico (Chapra, 1997; Horg-Guan Leu, 1997). Il limite di queste formulazioni risiede nell'incapacità di prendere in considerazione le caratteristiche geometriche del corso d'acqua (scabrezza, pendenza, forma dell'alveo, salti di fondo etc.) che invece sono risultati essere di fondamentale importanza (Veltri et al., 2004).
Le ricerche di laboratorio si sono invece concentrate sulla comprensione e quantificazione dei meccanismi di trasferimento dell'ossigeno attraverso la superficie di interscambio acqua-aria e sul ruolo della turbolenza (Jirka et al., 2003; Gualtieri e Pulci Doria, 2002; Wagner et al., 1996; Balmèr et al., 1995), senza peraltro aver ancora risolto completamente il problema. A questo si aggiunge il fatto che gli esperimenti vengono condotti utilizzando sezioni di forma semplice (rettangolare), scabrezze uniformi e pendenze fisse, poco adeguate a descrivere la complessità delle forme degli alvei naturali.

Le attività sperimentali e modellistiche condotte sul torrente Lura, situato in una zona fortemente antropizzata a nord di Milano, e sul canale Navile in Bologna, nell'ambito dei due progetti di ricerca rispettivamente MIUR COFIN 2002 "Indagine sperimentale e modellazione dei transitori rapidi di trasporto e trasformazione degli inquinanti causati da scarichi urbani di tempo piovoso nei corsi d'acqua torrentizi" e MIUR MICARI (2002–2004) "Strumenti e procedure per il MIglioramento della CApacità RIcettiva dei corpi idrici superficiali" (Artina et al., 2004; Paoletti et al. 2004; Paoletti et al., 2005), hanno messo in luce alcuni altri importanti aspetti, quali l'influenza della morfologia dei corsi d'acqua con zone morte o di calma sulla propagazione dei carichi inquinanti veicolati in tempo di pioggia dagli scaricatori di piena delle reti di drenaggio urbano, soprattutto per corsi d'acqua a carattere torrentizio o comunque con bassa capacità di diluizione.
In particolare sono state misurate in tali corsi d'acqua numerose onde di concentrazione per la misura del coefficiente di dispersione longitudinale ottenute tramite misure di tempo di trasferimento (ToT) di un tracciante conservativo (sale) su tratti idraulicamente e morfologicamente diversi fra loro, e sono stati pure caratterizzati in tempo secco i principali parametri inquinanti (BOD; COD, P, N, SST, pH, conducibilità e metalli pesanti) in molte stazioni lungo il loro sviluppo. Tali indagini hanno consentito di raccogliere una prima interessante mole di dati molto accurati sui meccanismi dispersivi di traccianti immessi istantaneamente nella corrente fluviale in condizioni di moto permanente e la notevole influenza che possono avere le zone morte o di calma della corrente, ove presenti. Sulla base di tali sperimentazioni è stata riscontrata la differente efficienza sia di modelli già noti in letteratura, quali l'advettivo-dispersivo (ADE), e l'OTIS (Runkel et al., 1991), che di nuovi modelli (IUP-ADEK e IUP-ADENK) basati sulla convoluzione di pollutogrammi unitari istantanei (Franco et al., 2000; Paoletti et al., 2004; Paoletti et al., 2005) e capaci di interpretare la dinamica degli inquinanti mediante approcci di tipo concettuale che però tengono conto contemporaneamente di tutti gli aspetti del fenomeno, cioè la propagazione advettivo-dispersiva, l'influenza delle zone morte della corrente e le cinetiche di decadimento e/o di rigenerazione dei soluti. Tanto per tali modelli originali quanto per quelli già noti dalla letteratura si è evidenziato che le correlazioni tra i principali parametri e le caratteristiche idrauliche del moto nel tratto di corso d'acqua indagato siano diverse da modello a modello e, per uno stesso modello, diverse per le differenti tipologie di corso d'acqua (Paoletti et al., 2005).

Se poi si entra nelle considerazioni a scala di bacino, il D.Lgs. 152/99 e la Direttiva UE 2000/60 hanno introdotto il concetto di "stream standard", in base al quale una data sostanza è inquinante in relazione alle capacità autodepurative del corpo idrico, superando il concetto di "emission standard" secondo cui i limiti sono imposti in funzione delle caratteristiche degli scarichi inquinanti. Quest'approccio è di difficile applicabilità senza il ricorso a strumenti idonei alla simulazione del sistema di drenaggio nella sua interezza (sistema fognario, impianto di depurazione e corpo idrico). Tali strumenti, noti in ambito scientifico come "modelli integrati", hanno come obiettivo la simulazione complessiva dei corpi idrici, inquadrando l'inquinamento prodotto in ambito urbano all'interno del più ampio insieme di fonti inquinanti a scala di bacino e rendendo di fatto necessaria un'ulteriore integrazione dell'impatto ambientale connesso con gli scarichi concentrati di origine civile e produttiva con l'inquinamento diffuso dato dalle attività agricole e zootecniche.
L'integrazione modellistica a scala di bacino di fonti diffuse e concentrate non è di immediata soluzione, a causa della diversa scala temporale alla quale vengono comunemente analizzati i diversi fenomeni di trasferimento dei carichi inquinanti (giornaliera per i carichi diffusi; sub-oraria per i carichi concentrati di origine urbana).
Negli ultimi anni, nello studio delle caratteristiche qualitative dei corpi idrici si è verificato un crescente fiorire di modelli matematici che cercano di rappresentare i complessi fenomeni fisici, chimici e biologici che hanno luogo all'interno dei corpi idrici, individuando, in termini quantitativi e qualitativi, il rapporto causa-effetto tra le sorgenti di inquinamento e la qualità delle acque.
I modelli più elementari prevedono l'uso di semplici procedure idrologiche e adottano coefficienti unitari proposti dalla letteratura per la stima del carico inquinante proveniente da fonti diffuse. Modelli più complessi permettono la ricostruzione delle diverse componenti di deflusso, superficiali e sotterranee, e la simulazione dei relativi inquinanti trasportati. Per la ricostruzione dei carichi inquinanti di tipo diffuso, i modelli concettuali sono i più utilizzati, in quanto hanno il vantaggio di richiedere pochi parametri di input, pur fornendo una risposta attendibile, soprattutto nei bacini semiaridi per i quali i dati sperimentali disponibili sono pochi e irregolari. Tra questi i più noti in letteratura sono i modelli ANSWERS (Areal Nonpoint Source Watershed Environment Response Simulation model), AGNPS (Agricultural NonPoint Source model), SWAT (Soil and Water Assessment Tool), QUAL2E (Enhanced Stream Water Quality Model) e UMRF (Unit Mass Response Function). Infine, l'approccio suggerito dalla WFD per la valutazione degli inquinanti a scala di bacino amplia il ventaglio delle possibili tecniche di mitigazione adottabili, che pertanto non si limitano solamente ai carichi concentrati ma anche a quelli di tipo diffuso. Di conseguenza si passa da un approccio che prevede il controllo dell'inquinamento allo scarico a uno basato su tecniche di mitigazione delle fonti inquinanti distribuite nel bacino (source control).

Pertanto, in ambito urbano, al fine di limitare l'impatto che le acque di pioggia possono avere nei confronti di un dato corpo idrico ricettore si è sempre più diffusa, specie in ambito internazionale, l'idea d'inserire opere di mitigazione innovative spesso indicate dalla letteratura tecnica internazionale come BMP o SUDS (Best Management Practices o Sustainable Urban Drainage System). Esempi di tali tipi di intervento sono le vasche di pioggia, già da tempo utilizzate in ambito urbano per la mitigazione degli aspetti sia quantitativi che qualitativi, nonché i sistemi di accumulo e infiltrazione subsuperficiali (strutture serbatoio, pozzi e trincee di infiltrazione). <<<