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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
W_req : volume idrico richiesto dall’utenza
W_out : volume idrico distribuito

Efficienza
W_in : volume idrico immesso nel sistema idrico
W_met : 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

E_i : indice di elasticità (condotta generica)
E_net : indice di elasticità (sistema idrico)
Q_i : portata d’esercizio del singolo tratto
Q_maxi : portata massima del singolo tratto
Q_net : portata totale del sistema idrico.

E_i → 0 : minima elasticità d’esercizio

E_i → 1 : massima elasticità d’esercizio

Performance indicators (segue)

$N_r = \frac {N_{tot}} {L \cdot T}$

Economicità
N_tot : 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:

Risorse idriche/ambientali

Personale

Caratterizzazione fisica del sistema

Operatività del sistema

Qualità del servizio

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 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

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

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 • P^α;

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

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 PAT

Il recupero energetico nei sistemi idrici (segue)

$E_{sav} = \frac {H_0 - H_i} {H_0} = 1-\frac {H_i} {H_0}$

$E_i = \frac {Q_{max i} - Q_i} {Q_{max i}} = 1-\frac {Q_i} {Q_{max i}}$

E_sav : energia recuperata
H₀ : carico statico
H_i : carico dissipato

E_i : indice di elasticità

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

Le lezioni del Corso

1. Problemi di pianificazione e gestione delle risorse idriche

2. Impianti regolati e non regolati per l'utilizzazione delle acqu...

3. Il ciclo integrato delle acque. Lo sviluppo delle infrastruttur...

4. I sistemi acquedottistici. Schemi di funzionamento

5. L'acquedotto esterno: tracciato e calcolo idraulico

6. Tubazioni per il convogliamento a pressione ed a pelo libero: m...

7. Tubazioni per il convogliamento a pressione ed a pelo libero: m...

8. Tubazioni per il convogliamento a pressione ed a pelo libero: m...

9. Verifica statica delle condotte

10. Acquedotto esterno: Opere di captazione

11. Acquedotto esterno: opere d'arte minori

12. Opere di attraversamento

13. I serbatoi

14. Centrali di sollevamento

15. Reti di distribuzione idrica

16. Criteri di gestione dei sistemi acquedottistici

17. Cenni di idrologia

18. I sistemi di drenaggio urbano

19. Modelli di trasformazione afflussi - deflussi

20. Sistemi di drenaggio urbano: opere d'arte minore

21. Scaricatori di piena e vasche di prima pioggia

22. Sistemi integrali di smaltimento dei reflui: aspetti ambientali...

23. Sistemi integrati di smaltimento dei reflui: aspetti esecutivi ...

24. Stato ambientale dei corsi d'acqua

25. Il Deflusso Minimo Vitale

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.