Suolo impermeabile, città vulnerabili: il legame tra alluvioni urbane, siccità e isole di calore

L’impermeabilizzazione del suolo trasforma la pioggia in deflusso superficiale, riduce la ricarica delle falde e intensifica le isole di calore urbane. L’articolo analizza il legame fisico tra ciclo dell’acqua, rischio idraulico, stress termico e salubrità urbana, utilizzando coefficienti di deflusso, Metodo Razionale, bilancio energetico superficiale e indicatori prestazionali.

Si illustrano gli strumenti progettuali — Nature-Based Solutions e Sistemi di Drenaggio Urbano Sostenibile (SUDS) — che riducono deflusso, temperature superficiali e rischio idraulico, con target misurabili (-20% portata di picco, -5 °C temperatura superficiale). Un contributo tecnico per progettisti, imprese e PA, coerente con la divulgazione applicata di INGENIO sulla resilienza urbana e l'adattamento climatico.

Suolo impermeabile e ciclo dell’acqua: perché aumenta la vulnerabilità urbana

L’impermeabilizzazione del suolo è una delle trasformazioni antropiche più rilevanti nei territori urbanizzati. La progressiva sostituzione delle superfici naturali con edifici, infrastrutture e pavimentazioni impermeabili altera profondamente il ciclo idrologico, modifica il bilancio energetico urbano e riduce la capacità degli ecosistemi di fornire servizi essenziali.

Secondo i più recenti dati ISPRA, il consumo di suolo in Italia ha superato i 21.500 km² e, nelle principali aree metropolitane, i livelli di impermeabilizzazione raggiungono frequentemente il 70–80% della superficie urbanizzata (Fig.1).

In parallelo, il cambiamento climatico sta aumentando frequenza e intensità degli eventi meteorici estremi, evidenziando i limiti di infrastrutture idrauliche progettate in condizioni climatiche ormai superate.

In questo scenario, comprendere i processi fisici che collegano l’impermeabilizzazione del suolo al rischio idraulico, alla riduzione della disponibilità idrica e all’incremento delle temperature urbane è condizione imprescindibile per progettare città resilienti, salubri e sostenibili.

Il ciclo naturale dell'acqua e la funzione del suolo

In condizioni naturali, una precipitazione si ripartisce tra infiltrazione nel terreno, evapotraspirazione e deflusso superficiale. In via indicativa:

Il suolo vegetato si comporta come una vera e propria infrastruttura naturale grazie alla presenza di pori generati dalle radici, dalla fauna edafica e dalla struttura organica del terreno. Questa rete di vuoti rallenta il movimento dell'acqua e ne favorisce l'accumulo negli strati profondi.

La capacità infiltrativa può essere descritta mediante la legge di Darcy, in forma semplificata, per terreni saturi e moto monodimensionale, il flusso infiltrato può essere espresso come:

q = K_s • i

dove:

• q (m/s) è il flusso infiltrato;
• K_s (m/s) è la conducibilità idraulica satura del terreno;
• i (–) è il gradiente idraulico.

Nei terreni naturali può assumere valori elevati, mentre nelle superfici asfaltate o cementificate tende a valori prossimi allo zero, con conseguente quasi annullamento dell’infiltrazione.

Gli effetti dell'impermeabilizzazione sul ciclo idrologico

La copertura del terreno con materiali impermeabili riduce drasticamente la capacità di infiltrazione e trasforma gran parte delle precipitazioni in deflusso superficiale. La ripartizione della pioggia nelle aree urbanizzate assume tipicamente valori dell’ordine di:

• infiltrazione: 0–15%
• evapotraspirazione: 10–20%
• deflusso superficiale: 70–95%

Il fenomeno è sintetizzabile attraverso il coefficiente di deflusso:

C = V_d / P

dove:

• Vd (m³) è il volume di acqua che defluisce superficialmente;
• P (m³) è il volume totale di precipitazione.

In un bacino naturale C assume generalmente valori compresi tra 0,10 e 0,30; nelle aree urbane densamente costruite può superare 0,90, come riportato nei principali manuali di idrologia applicata (EPA, 1992; ASCE, 1996; Chow et al., 1988). L’incremento di C comporta un aumento diretto delle portate che devono essere smaltite dalle reti di drenaggio.

Utilizzando il Metodo Razionale:

Q = C • i • A

dove:

• Q (m³/s) è la portata di piena
• C è il coefficiente di deflusso
• i (mm/h) è l’intensità di precipitazione
• A (km²) è l’area drenata.

A parità di evento meteorico, l’aumento di C determina un incremento proporzionale delle portate di picco, con conseguente maggiore sollecitazione delle infrastrutture idrauliche.

Impermeabilizzazione e rischio di alluvioni urbane

Le alluvioni urbane non dipendono unicamente dall’intensità della pioggia, ma dalla capacità del territorio di assorbirla, trattenerla e rallentarne il deflusso. L’impermeabilizzazione determina un aumento delle portate di piena, la riduzione del tempo di corrivazione, la rapida concentrazione dei volumi d’acqua, la saturazione delle reti fognarie e dei collettori. A scopo illustrativo, assumendo un’area drenata A = 10 km² e un’intensità di precipitazione i = 50 mm/h, la portata di piena generata può risultare oltre quattro volte superiore rispetto a quella prodotta da un suolo naturale.

I valori riportati hanno finalità esclusivamente illustrative e sono ottenuti mediante applicazione semplificata del Metodo Razionale, non rappresentando la ricostruzione idrologica ufficiale dell'evento.

Esempio: Alluvione del Seveso – Milano, 8 luglio 2014

Contesto: Bacino altamente urbanizzato (impermeabilizzazione pari al 55–80%).

Evento:

• Pioggia: 90–100 mm in 3 ore
• Intensità di picco: ≈50 mm/h*

Effetto dell’impermeabilizzazione stimato mediante il Metodo Razionale:

• Suolo naturale (C = 0,25) → Q ≈ 125.000 m³/h*
• Suolo urbanizzato (C = 0,85) → Q ≈ 425.000 m³/h*

*Le portate sono espresse in m³/h per coerenza con l’intensità di precipitazione (mm/h)

Aumento della portata di piena: +240%

Conseguenze

• Esondazione in Niguarda
• Allagamenti fino a 1 m
• Danni stimati nell'ordine di decine di milioni di euro.

L’esempio evidenzia che l’impermeabilizzazione riduce il tempo di corrivazione e incrementa significativamente la portata di picco, confermando quanto già esposto in merito alla relazione tra coefficiente di deflusso C e aumento proporzionale delle portate di piena.

Il caso del bacino del Seveso è emblematico: l’elevata copertura artificiale incrementa significativamente le portate di piena e riduce i tempi di risposta idrologica, amplificando il rischio di allagamenti. Poiché molte infrastrutture idrauliche sono state dimensionate su tempi di ritorno e regimi pluviometrici non più coerenti con il clima attuale, diventa indispensabile affiancare agli interventi di potenziamento delle reti un insieme di misure diffuse sul territorio, finalizzate a trattenere, infiltrare e gestire localmente le acque meteoriche.

La crisi invisibile: la riduzione della ricarica delle falde

Uno degli aspetti meno percepiti riguarda la riduzione della ricarica degli acquiferi. In un sistema naturale parte delle precipitazioni penetra negli strati profondi alimentando le falde freatiche.

Quando la pioggia viene intercettata dalle reti fognarie diminuisce la ricarica naturale, si riduce la disponibilità idrica sotterranea, aumenta la vulnerabilità ai periodi di siccità. Si crea così una situazione apparentemente contraddittoria: città che si allagano durante i temporali ma soffrono carenze idriche durante le stagioni secche.

Dal punto di vista idrogeologico non si tratta di un paradosso, ma della conseguenza diretta dell'interruzione del ciclo naturale dell'acqua.

La ricarica può essere schematizzata mediante la relazione:

 R = P - ET - Q

dove:

• R è la ricarica della falda;
• P la precipitazione;
• ET l’evapotraspirazione;
• Q il deflusso superficiale.

All’aumentare dell’impermeabilizzazione cresce il termine Q e si riduce progressivamente la quota di acqua disponibile per l’infiltrazione profonda. La gestione convenzionale delle acque meteoriche, basata sul rapido allontanamento verso il reticolo fognario, produce quindi un duplice effetto: incremento del rischio di allagamento e riduzione della resilienza idrica del territorio.

Impermeabilizzazione del suolo e isole di calore urbane

Gli effetti dell'impermeabilizzazione non si limitano all'idrologia urbana. La sostituzione delle superfici naturali con asfalto e calcestruzzo modifica profondamente anche il bilancio energetico della città, contribuendo alla formazione delle cosiddette Urban Heat Islands (UHI). Il bilancio energetico superficiale descrive come l’energia solare incidente viene assorbita, trasformata e redistribuita tra i diversi flussi termici che governano il comportamento energetico delle superfici urbane. (Fig.2)

Figura 2. Bilancio energetico urbano: confronto tra area vegetata e asfaltata, con flussi di calore sensibile, latente e nel suolo espressi in W/m². (Elaborazione dell'autore su dati EPA)

Questo può essere espresso come:

R_n = H + LE +G

dove:

• R_n è la radiazione netta disponibile;
• H è il flusso di calore sensibile;
• LE è il flusso di calore latente associato all'evaporazione;
• G è il flusso di calore diretto verso il suolo o i materiali superficiali, responsabile dell’accumulo termico e del successivo rilascio nelle ore notturne.

Le grandezze sono espresse in W/m², come da convenzione nei bilanci energetici superficiali.

In presenza di vegetazione e acqua disponibile, una quota significativa dell’energia solare viene utilizzata per l’evapotraspirazione (termine LE). Quando il suolo è impermeabilizzato e la copertura vegetale è ridotta, LE diminuisce drasticamente e l’energia viene convertita prevalentemente in calore sensibile (H) e in calore diretto verso il suolo o i materiali superficiali (G).

Numerosi studi, tra cui quelli dell’EPA, mostrano che le superfici asfaltate esposte al sole possono raggiungere temperature superficiali fino a 20–25 °C superiori rispetto alle aree vegetate adiacenti.

La riduzione dell’evapotraspirazione e l’elevata capacità di accumulo termico dei materiali urbani favoriscono l’aumento del flusso di calore sensibile e l’intensificazione del fenomeno delle Urban Heat Islands (UHI).

Nelle zone densamente costruite, la temperatura dell’aria risulta generalmente superiore di 1–5 °C rispetto alle aree rurali circostanti, con differenze che, durante episodi particolarmente critici, possono raggiungere 7–8 °C.

Durante le ore notturne, asfalto e calcestruzzo rilasciano lentamente il calore accumulato nel corso della giornata, contribuendo a mantenere elevate le temperature urbane e a prolungare gli effetti dell’isola di calore.

Isole di calore, impatto sanitario e salubrità urbana

L’isola di calore urbana rappresenta oggi una delle principali minacce alla salute pubblica nelle città europee. L’innalzamento delle temperature, soprattutto durante le ondate di calore, compromette i meccanismi fisiologici di termoregolazione e può determinare un incremento significativo del rischio sanitario, con conseguenze sanitarie gravi, soprattutto nelle categorie più vulnerabili.

L’esposizione prolungata a temperature elevate aumenta l’incidenza di:

• Colpi di calore — condizione acuta ad alta mortalità.
• Disidratazione severa — con rischio di collasso circolatorio.
• Scompensi cardiovascolari — aritmie, ischemie, peggioramento dello scompenso.
• Insufficienze respiratorie — aggravate dall’aumento degli inquinanti.
• Riattivazione o peggioramento delle patologie croniche — in particolare renali, metaboliche e respiratorie.

Le categorie più vulnerabili restano anziani, bambini, persone con patologie pregresse e soggetti socialmente fragili. Le ondate di calore sono oggi tra i fenomeni climatici con il più alto impatto sulla mortalità urbana in Europa. In questo scenario, la qualità dell’ambiente urbano diventa un determinante di salute.

La deimpermeabilizzazione del suolo, l’aumento della copertura vegetale e l’adozione Nature-Based Solutions (NBS) non sono solo interventi ambientali, ma azioni di prevenzione sanitaria primaria.

Restituire permeabilità e introdurre vegetazione significa:

• ridurre le temperature superficiali e l’intensità dell’isola di calore;
• migliorare la salubrità dell’aria e la qualità microclimatica;
• diminuire l’esposizione della popolazione a condizioni termiche estreme;
• abbattere il rischio di eventi sanitari acuti e di mortalità correlata al caldo.

Ogni metro quadrato rinaturalizzato diventa una micro‑infrastruttura sanitaria diffusa, capace di contribuire alla sicurezza termica, alla resilienza climatica e alla tutela della salute pubblica.

Il suolo come infrastruttura ecosistemica

Per lungo tempo il suolo è stato considerato prevalentemente come supporto fisico delle costruzioni. Le più recenti strategie europee lo riconoscono invece come una vera infrastruttura ecosistemica, in grado di fornire servizi fondamentali per la collettività.

Un terreno biologicamente attivo è capace di immagazzinare acqua, filtrare contaminanti, sequestrare carbonio, regolare il microclima, sostenere la biodiversità.

La presenza di radici, microrganismi e fauna del suolo genera una rete di pori che migliora la capacità infiltrativa e la resilienza idrologica del territorio. L’impermeabilizzazione del suolo determina, oltre agli effetti idrologici e climatici, perdita di habitat, frammentazione ecologica, riduzione della biodiversità e diminuzione della fertilità biologica.

Secondo la Commissione Europea, il suolo costituisce uno dei principali serbatoi di biodiversità terrestre e ospita una quota significativa degli organismi viventi del pianeta. Non a caso, la Strategia Europea per il Suolo 2030 individua l’impermeabilizzazione tra le principali minacce alla resilienza ambientale del continente.

CAM, DNSH e resilienza climatica

I Criteri Ambientali Minimi e il principio DNSH riconoscono la gestione sostenibile del suolo e delle acque meteoriche come elementi centrali per la resilienza climatica delle infrastrutture e degli spazi urbani.

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In questo contesto, la deimpermeabilizzazione, l’incremento delle superfici drenanti e l’impiego di Nature-Based Solutions non rappresentano soltanto misure ambientali, ma veri e propri strumenti progettuali per la mitigazione del rischio idraulico, il miglioramento del microclima urbano e la tutela dei servizi ecosistemici.

In particolare, promuovono:

• Superfici drenanti. Sono richieste pavimentazioni permeabili, materiali porosi, giunti aperti o sistemi modulari che consentano la percolazione e la ricarica delle falde. Tali soluzioni riducono significativamente il deflusso superficiale rispetto alle pavimentazioni convenzionali, con abbattimenti che, in funzione della configurazione, possono raggiungere il 30–90%.
• Infrastrutture verdi. Rientrano in questa categoria tetti verdi, pareti vegetali, rain gardens, fasce verdi filtranti e alberature. Questi elementi migliorano la qualità dell’aria, attenuano l’isola di calore urbana, aumentano la biodiversità e contribuiscono alla gestione sostenibile delle acque meteoriche attraverso evapotraspirazione, intercettazione e ritenzione.
• Riduzione dell’impermeabilizzazione. I CAM impongono di limitare la creazione di nuove superfici impermeabili e di compensare quelle esistenti mediante soluzioni drenanti o verdi. L’obiettivo è preservare la funzionalità ecologica del suolo, ridurre l’erosione e mantenere attivi i servizi ecosistemici legati al ciclo dell’acqua.
• Gestione sostenibile delle acque piovane. Vengono promossi Sistemi di Drenaggio Urbano Sostenibile(SUDS), quali bacini di laminazione, trincee drenanti, cisterne di raccolta, sistemi di riuso delle acque meteoriche e dispositivi di rallentamento del deflusso. L’approccio è orientato alla prevenzione del rischio idraulico e alla valorizzazione della risorsa idrica, superando la logica del mero smaltimento.

Nature-Based Solutions e SUDS: strumenti operativi

La riduzione degli effetti dell’impermeabilizzazione richiede un approccio integrato, fondato su Nature-Based Solutions (NBS) e sistemi di drenaggio urbano sostenibile.

Tra le principali soluzioni:

• Pavimentazioni drenanti. Masselli permeabili, calcestruzzi porosi, grigliati erbosi e pavimentazioni filtranti favoriscono l’infiltrazione, riducono i volumi di deflusso e contribuiscono alla ricarica delle falde.
• Rain gardens e bioswales. Sistemi vegetati progettati per intercettare, rallentare e infiltrare le acque meteoriche, riducendo i picchi di piena e migliorando la qualità delle acque attraverso processi di filtrazione naturale.
• Trincee drenanti e bacini di laminazione. Opere lineari o puntuali in grado di immagazzinare temporaneamente i volumi di pioggia, ridurre le portate di picco e aumentare i tempi di risposta idrologica dei bacini urbanizzati.
• Forestazione urbana. Gli alberi svolgono una duplice funzione di ombreggiamento ed evapotraspirazione. Un esemplare adulto può intercettare ogni anno migliaia di litri di acqua piovana, contribuendo al tempo stesso al raffrescamento urbano, alla riduzione dell’inquinamento atmosferico e al miglioramento del comfort microclimatico.
• Recupero e riuso delle acque meteoriche. Cisterne e sistemi di accumulo consentono di trasformare una criticità in risorsa, riducendo il carico sulle reti di drenaggio e aumentando la resilienza idrica, soprattutto in contesti soggetti a stress idrico e a periodi siccitosi ricorrenti.

Schema metodologico per la mitigazione degli effetti dell’impermeabilizzazione urbana

Lo schema seguente definisce un percorso operativo, sequenziale e verificabile per valutare gli effetti dell’impermeabilizzazione urbana e progettare interventi di mitigazione basati su NBS e SUDS. Ogni fase è strutturata con obiettivi chiari, indicatori misurabili e criteri tecnici di applicazione.

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FAQ TECNICHE: Suolo impermeabile e resilienza urbana | Ingenio

Che cosa si intende per suolo impermeabile in ambito urbano?
Per suolo impermeabile si intende una superficie coperta da materiali o manufatti che impediscono o riducono fortemente l’infiltrazione dell’acqua nel terreno. Rientrano in questa categoria asfalti, calcestruzzi compatti, coperture edilizie, piazzali, infrastrutture viarie e superfici pavimentate non drenanti. Dal punto di vista idrologico, il problema non è solo la presenza della superficie artificiale, ma la perdita della funzione infiltrante, evaporativa ed ecosistemica del suolo.

In quali contesti urbani il problema è più rilevante?
Il fenomeno è critico nelle aree metropolitane dense, nei quartieri con alta copertura asfaltata, nei comparti industriali, nei parcheggi, nelle grandi infrastrutture viarie e nei bacini urbani con reti fognarie sottodimensionate rispetto agli eventi estremi attuali. Diventa particolarmente rilevante dove coesistono elevata impermeabilizzazione, scarsa vegetazione, criticità idrauliche pregresse e popolazione vulnerabile alle ondate di calore.

Qual è il legame tra impermeabilizzazione e alluvioni urbane?
L’impermeabilizzazione riduce l’infiltrazione e aumenta il coefficiente di deflusso C, cioè la quota di pioggia che scorre in superficie. A parità di evento meteorico, un bacino urbanizzato produce portate di picco più elevate e tempi di corrivazione più brevi rispetto a un bacino naturale. Il risultato è una maggiore sollecitazione di caditoie, collettori e reti fognarie, con aumento del rischio di allagamenti localizzati ed esondazioni urbane.

Quali riferimenti normativi e regolatori sono collegati al tema?
I riferimenti principali riguardano la gestione delle acque meteoriche, il drenaggio urbano, la tutela del suolo, la prevenzione del rischio alluvioni, i CAM e il principio DNSH. Nel testo sono richiamati Direttiva 2007/60/CE, D.Lgs. 152/2006, CAM, DNSH, EU Soil Strategy 2030 e EU Climate Adaptation Strategy. 

Quali vantaggi offrono Nature-Based Solutions e SUDS?
Le Nature-Based Solutions e i Sistemi di Drenaggio Urbano Sostenibile consentono di trattenere, rallentare, infiltrare e riutilizzare localmente le acque meteoriche. Riducendo il deflusso superficiale, possono abbassare le portate di picco, migliorare la ricarica delle falde, mitigare le isole di calore e aumentare la qualità microclimatica urbana. Il loro valore è tecnico, ambientale e sanitario, perché agiscono contemporaneamente su rischio idraulico, comfort urbano e resilienza climatica.

Come si progettano gli interventi di deimpermeabilizzazione?
La progettazione deve partire da una diagnosi quantitativa: percentuale di superfici impermeabili, coefficiente di deflusso C, tempo di corrivazione, capacità residua delle reti, temperatura superficiale, albedo e distribuzione della vegetazione. In seguito si definiscono obiettivi misurabili e si dimensionano le soluzioni più adatte: pavimentazioni drenanti dove il deflusso è elevato, rain gardens nei punti di accumulo, trincee drenanti lungo la viabilità, tetti verdi e alberature nelle aree soggette a stress termico.

Quali errori progettuali vanno evitati?
Il primo errore è considerare le NBS come elementi ornamentali e non come infrastrutture prestazionali da dimensionare, monitorare e manutenere. Un secondo errore è intervenire solo sulla rete fognaria senza ridurre il volume di acqua che arriva alla rete. Vanno evitati anche sistemi drenanti privi di verifica idraulica, assenza di manutenzione, mancato controllo dei tempi di svuotamento e mancata integrazione con CAM, DNSH, piani comunali, protezione civile e gestione del verde urbano.