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Maurizio Giugni » 16.Criteri di gestione dei sistemi acquedottistici


Criteri di gestione dei sistemi acquedottistici

Un corretto approccio alla gestione dei sistemi acquedottistici è basato sul conseguimento di soddisfacenti standards di servizio, sulla scorta dell’applicazione di criteri gestionali improntati all’efficacia, all’efficienza ed all’economicità.

La ricerca può fornire contributi importanti ad una gestione sostenibile ed alla riabilitazione dei sistemi di distribuzione idrica, mediante:

  • la definizione e la calibrazione di fattori di affidabilità
  • l’introduzione di innovazioni tecnologiche, mirate, ad esempio:
    • alla riduzione delle perdite idriche
    • all’incremento dell’efficienza energetica
    • alla protezione della qualità della risorsa

Criteri di gestione dei sistemi acquedottistici (segue)

La gestione dei sistemi di distribuzione idrica va sviluppata su differenti livelli:

  • Gestione “fisica” (topologia del sistema, GIS, sistema di telecontrollo e telecomando)
  • Gestione socio-economica
  • Gestione legale
  • Gestione tecnica

Di particolare importanza appare, con riferimento al livello tecnico, la definizione di esaustivi fattori di affidabilità (Performance Indicators), benchè un efficiente management tecnico non sia possibile senza un’efficace implementazione del livello fisico.

Performance indicators

In tabella sono stati riportati, a titolo d’esempio, alcuni indici prestazionali, atti a caratterizzare in maniera sintetica l’efficacia, l’efficienza e l’economicità di gestione e l’elasticità del sistema acquedottistico (ossia la sua capacità di convogliare portate maggiori di quelle d’esercizio).

Performance indicators (segue)

  • \frac {W_{req}} {W_{out}}
  • \frac {W_{out}} {W_{in}}
  • \frac {W_{met}} {W_{in}}

Efficacia
Wreq : volume idrico richiesto dall’utenza
Wout : volume idrico distribuito

Efficienza
Win : volume idrico immesso nel sistema idrico
Wmet : volume idrico misurato


Performance indicators (segue)

  • E_i = \frac {Q_{max i}-Q_i} {Q_{max i}} = 1 - \frac {Q_i} {Q_{max i}}
  • E_{net} = \sum _{i=1} ^n{}E_i \cdot \frac {Q_i} {Q_{net}}

Elasticità

Ei : indice di elasticità (condotta generica)
Enet : indice di elasticità (sistema idrico)
Qi : portata d’esercizio del singolo tratto
Qmaxi : portata massima del singolo tratto
Qnet : portata totale del sistema idrico.

Ei → 0 : minima elasticità d’esercizio

Ei → 1 : massima elasticità d’esercizio

Performance indicators (segue)

  • N_r = \frac {N_{tot}} {L \cdot T}

Economicità
Ntot : numero di fallanze
L : lunghezza delle tubazioni costituenti il sistema
T : intervallo di tempo (in genere un anno)

  • Gli indici prestazionali sono interdipendenti
  • Con una gestione adeguata è possibile incidere in modo significativo sugli indici prestazionali
  • In pratica gli indici prestazionali possono diventare una sorta di “pagine gialle” in cui i water managers possono reperire indicatori di rilievo con riferimento alle loro attività, alle loro necessità ed ai loro obiettivi

Performance indicators (segue)

Recentemente la International Water Association (IWA) ha sviluppato due sistemi di Performance Indicators per il management delle acque urbane:

  • servizio di distribuzione idrica
  • servizio di drenaggio urbano

strutturati in sei categorie:

  1. Risorse idriche/ambientali
  2. Personale
  3. Caratterizzazione fisica del sistema
  4. Operatività del sistema
  5. Qualità del servizio
  6. Economia e finanza

Performance indicators (segue)

Particolare attenzione è stata rivolta al problema della manutenzione e della riabilitazione dei sistemi di approvvigionamento idrico.
Sono necessarie metodologie ben sviluppate per la pianificazione degli interventi di riabilitazione, in modo da decidere in maniera consapevole “dove”, “quando ” e “come” intervenire sul sistema.
L’uso dei Performance Indicators per la valutazione del comportamento del sistema a supporto del processo di decision-making è sicuramente uno strumento di notevole importanza.
Potrà, quindi, farsi riferimento ad indici di diversa tipologia:

  • Indici operativi (ad es., manutenzione, fallanze e riparazioni, perdite idriche)
  • Indicatori di qualità del servizio (ad es., servizio, reclami dell’utenza)
  • Indici finanziari (ad es., costi annui, investimenti annui per le condotte, tariffe)
  • Indicatori delle risorse idriche
  • Indici fisici

Perdite idriche

Le perdite totali (fisiche ed apparenti) nei sistemi idrici, con riferimento al 61% degli ATO, si aggirano in media intorno al 40% (CO.VI.RI. 2004), con punte, soprattutto nel Mezzogiorno d’Italia, del 60÷70%.

Perdite totali medie annue per le regioni d’Italia (CO.VI.RI. 2004)

Perdite totali medie annue per le regioni d'Italia (CO.VI.RI. 2004)


Perdite idriche (segue)

Definizione di perdita

Sprechi (sprechi volontari e perdite domestiche)

Perdite:

  • perdite amministrative (volumi idrici consumati e non contabilizzati: allacciamenti abusivi, volumi dovuti a errori di misura, volumi perduti per sfiori dei serbatoi, ecc.)
  • perdite reali o fisiche (perdite di sottofondo, perdite da rotture segnalate o non segnalate)

Bilancio idrico di un sistema acquedottistico e classificazione delle perdite


Perdite idriche (segue)

Reti di distribuzione:

  • ancora “frammentate” nella gestione
  • enorme estensione dei sistemi acquedottistici sul territorio (oltre 210.000 km)
  • grado di conservazione e manutenzione spesso non soddisfacente
Esempi di perdite idriche

Esempi di perdite idriche


Perdite idriche (segue)

D. L. n. 99 del 08/01/1997 ”Regolamento per la definizione dei criteri e del metodo in base ai quali valutare le perdite degli acquedotti e delle fognature”.

  • Controllo passivo: intervento quando la perdita si manifesta per affioramento dal terreno o crea disfunzioni
  • Controllo sistematico: attuazione di una ricerca delle perdite periodica ed in maniera organizzata (sistematica)
  • Controllo attivo: monitoraggio in continuo delle portate attraverso la distrettualizzazione della rete

Ricerca perdite idriche

Metodi acustici

  • Geofoni
  • Aste di ricerca
  • Correlatori acustici: strumenti che misurano le differenze tra i tempi di percorrenza del rumore prodotto dalla perdita dal punto di fuga sino a due sensori posti alle estremità del tratto di condotta monitorato
Geofono

Geofono

Correlatore acustico

Correlatore acustico


Ricerca perdite idriche (segue)

Altre tecniche per l’individuazione delle perdite idriche.

  • Metodo basato sul moto vario
  • Termografia a raggi infrarossi
  • Radar GPR
  • Gas traccianti
  • Metodo magnetico
  • Sistemi ad ultrasuoni
  • Sistemi di localizzazione laser

Entità perdite idriche

Q = c • Pα;

  • Q: portata dispersa
  • P: pressione in rete (in m c. a.)
  • c, α: coefficienti variabili in funzione delle caratteristiche delle tubazioni e della tipologia di perdita
Correlazione tra pressioni, portate e perdite in una rete idrica

Correlazione tra pressioni, portate e perdite in una rete idrica


Controllo attivo delle perdite


La distrettualizzazione

Il “district metering”, ovvero la “distrettualizzazione” dei sistemi di distribuzione idrica, consiste nella creazione di aree di distribuzione fra loro disconnesse, alimentate da un numero limitato di punti di immissione.

Ciò consente di conseguire un più efficace controllo delle pressioni di distribuzione e delle portate in ingresso e in uscita per regolare il carico piezometrico.


Il recupero energetico nei sistemi idrici

Per il recupero energetico corrispondente alla pressione altrimenti dissipata da una PRV possono essere installate:

  • micro-hydro (P < 100 kW)
  • mini-hydro (100 ≤ P ≤ 1000 kW)

Tipi di macchine:

  • turbine a reazione
  • PAT (Pump As Turbine): pompe che funzionano da turbina (pompe “inverse”)

Il recupero energetico nei sistemi idrici (segue)

Il recupero energetico in un sistema idrico richiede un’attenta analisi preliminare, al fine di assicurare:

  • la scelta ottimale delle macchine (analisi delle variazioni giornaliere e stagionali di portata e pressione, che ne possono modificare sensibilmente il punto di funzionamento e, quindi, il rendimento)
  • il mantenimento di valori adeguati della pressione nel sistema idrico
  • la valutazione di eventuali effetti di moto vario e la scelta di eventuali dispositivi di protezione

Schemi impiantistici

Inserimento di una turbina

Inserimento di una turbina

Inserimento di una PAT

Inserimento di una PAT


Il recupero energetico nei sistemi idrici (segue)

  • E_{sav} = \frac {H_0 - H_i} {H_0} = 1-\frac {H_i} {H_0}
  • E_i = \frac {Q_{max i} - Q_i} {Q_{max i}} = 1-\frac {Q_i} {Q_{max i}}

Esav : energia recuperata
H0 : carico statico
Hi : carico dissipato

Ei : indice di elasticità

Per valori elevati di Ei il sistema idrico è caratterizzato da una elevata elasticità gestionale e, quindi, da una significativa possibilità di recupero energetico

I materiali di supporto della lezione

GIUGNI, M., ROMANELLI, D., FONTANA, N., PORTOLANO, D., Strategic planning optimisation of “Napoli Est” water distribution system, 32nd Congress of IAHR Harmonizing the Demands of Art and Nature in Hydraulics, ISBN 88-89405-06-6.

GIUGNI, M., FONTANA, N., PORTOLANO, D., Energy saving policy in water distribution networks, International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ 2009).

CARRAVETTA, A., GIUGNI, M., Functionality factors in the management and rehabilitation of water networks, Proceedings of the Conference Efficient Management of Water Networks. Design and Rehabilitation Techniques, Edited by P. Bertola and M. Franchini, Franco Angeli, 2007, ISBN 978-88-464-8541-0.

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