IL CICLO DELLE ACQUE IN AMBIENTE URBANO IL CONTRIBUTO DI TRE PROGRAMMI DI RICERCA DI INTERESSE NAZIONALE TAORMINA, 7-9 Marzo 2007 Programma di ricerca nazionale - Indicatori di prestazione a supporto delle decisioni per la pianificazione, progettazione e gestione dei sistemi acquedottistici Programma di ricerca dellU.R. Pavia – Indicatori di prestazione per la progettazione degli interventi di riqualificazione dei sistemi acquedottistici Responsabile Scientifico U.R. Pavia: Prof. Ing. Carlo Ciaponi Partecipanti: Prof. Ing. Ugo Moisello Dr. Ing. Paolo Ardenti Dr. Ing. Elisa Gazzola

definire e validare un sistema di indicatori di prestazione atti a quantificare laffidabilità di una rete di distribuzione idrica OBIETTIVO APPLICAZIONI VERIFICA: fornire indicazioni sulla capacità del sistema di assicurare un corretto funzionamento in caso di perturbazioni delle condizioni di esercizio assunte a base del calcolo DIMENSIONAMENTO: supportare la scelta fra le diverse soluzioni di progetto secondo una logica di ottimizzazione multi-obiettivo (ottimizzazione costi/affidabilità)

PRIMA FASE DELLA RICERCA Analisi e precisazione del concetto di affidabilità: - mancanza di una definizione completa, rigorosa e applicabile - approcci concettuali molto diversi - rilevante eterogeneità di indicatori e metodologie di calcolo Probabilità che il sistema di distribuzione soddisfi, per una durata prefissata, le richieste idriche con le pressioni necessarie INDICATORI DI PRESTAZIONE BASATI SUL RAPPORTO FRA LA PORTATA EFFETTIVAMENTE EROGATA E QUELLA RICHIESTA

INDICATORI DI PRESTAZIONE 1/3 Indicatori basati su ununica configurazione di domanda (modello stazionario) e diverse possibili condizioni di lavoro determinate dallindisponibilità di qualche componente: indicatore locale per la k-esima condizione di lavoro indicatore globale per la k-esima condizione di lavoro indicatore locale per linsieme delle condizione di lavoro indicatore globale per linsieme delle condizione di lavoro

INDICATORI DI PRESTAZIONE 2/3 Indicatori con domanda variabile e una condizione di lavoro indicatore locale per li-esimo intervallo indicatore locale per lintero periodo considerato indicatore globale per li-esimo intervallo indicatore globale per lintero periodo considerato

INDICATORI DI PRESTAZIONE 3/3 Indicatori basati su una domanda variabile e più condizioni di lavoro Ripetendo il calcolo per NS condizioni meccaniche di lavoro della rete si disporrà: – per ogni nodo: NS indicatori locali R j,k (con k = 1, NS) calcolati con la (1) – per la rete: NS indicatori globali RR k (con k = 1, NS) calcolati con (2) E quindi possibile calcolare: – per ogni nodo: gli indicatori locali per tutte le condizioni di lavoro, con la (3) – per la rete: lindicatore globale per tutte le condizioni di lavoro, con la (4)

DISTRIBUZIONE TEMPORALE E SPAZIALE DELLE FALLANZE Gli indicatori descritti rappresentano il rapporto tra il volume erogato nel periodo considerato e il volume richiesto, ma non sono in grado di descrivere adeguatamente laffidabilità della rete: Nuovi indicatoriGupta e Bhave (1994) Fattore temporale Fattore nodale Situazione Deficit (Qr-Q)/Qr per % tempo per % nodi RRRjRj 1 (accettabile)10%100% (grave)100%10%100%0.9 3 (gravissima)100% 10% % nodi 1 90% nodi FtFt FnFn RR c

SCHEMATIZZAZIONE PROBABILISTICA DELLE POSSIBILI CONDIZIONI DI LAVORO DOVUTE A INDISPONIBILITA DI QUALCHE COMPONENTE SCHEMATIZZAZIONE PROBABILISTICA DELLE POSSIBILI CONDIZIONI DI LAVORO DOVUTE A INDISPONIBILITA DI QUALCHE COMPONENTE MTTF = tempo medio intercorrente fra due fallanze [d] MTTR = durata media delle fallanze [d] Per tronchi acquedottistici: b = tasso di rottura [n° rotture/Km anno] L i = lunghezza del tronco [Km]

AFFIDABILITA probabilità che nessun tronco sia indisponibile probabilità che solo il tronco f sia indisponibile

TEMATICHE DI APPROFONDIMENTO 1. Valutazione della portata erogata nel caso in cui il carico al nodo risulti inferiore a quello necessario per lerogazione della portata richiesta 2. Quantificazione in termini probabilistici dellindisponibilità dei componenti della rete 3. Modellizzazione della variabilità spazio temporale della domanda

TEMATICA DA SVILUPPARE 1 Valutazione della portata erogata in condizioni di pressione insufficiente Approccio tradizionale DDA (Demand Driven Analysis) NHA (Node Head Analysis) – Dati:Q j erogate – Incognite: h j nei nodi – h h r (per tutti i nodi) verifica positiva – h < h r (per almeno 1 nodo) verifica negativa Lincongruenza tra carico e portata (nei nodi con pressione insufficiente) viene trascurata nellapproccio convenzionale Approccio innovativo NFA (Node Flow Analysis) PDA (Pressure Dependent Analysis) Q j = Qr j se h j h rj Q j = 0 se h j h minj Q j = f (h j ) se h minj < h j < h rj – Dati: Q j erogate solo dove h j h rj – Incognite: h j nei nodi erogazione Q j erogate per i nodi con h j j < h r

METODOLOGIE PROPOSTE IN LETTERATURA (metodi approssimati) Node Flow Analysis [Bhave, 1981] Node Head Method [Twort et al., 1994] Source Head Method [Tanimboh et al., 2001] Semi-Pressure-Driven Approach [Ozger e Mays, 2003] Three Steps Approach [Todini, 2005] ATTIVITA DELL U.R. DI PAVIA Valutazione degli errori connessi con le procedure semplificate Messa a punto di un algoritmo (che utilizzi il solutore EPANET) Realizzazione di software da rendere disponibile in rete

TEMATICA DA SVILUPPARE 2 Valutazione sperimentale dei tassi di rottura MTTF = tempo medio intercorrente fra due fallanze [d] MTTR = durata media delle fallanze [d] Per tronchi acquedottistici: b = tasso di rottura [n° rotture/Km anno] L i = lunghezza del tronco [Km] Su et al. [1987] Cullinane et al. [1992] Fujiwara e Tung [1991] Khomsi et al. [1996] Tabesh [1998] Bertola e Pavia [2002] E stata avviata la raccolta e lanalisi dei dati relativi agli interventi di manutenzione eseguiti nellultimo quinquennio nellambito della gestione della rete di distribuzione della città di Pavia e di un sistema acquedottistico a servizio di una trentina di Comuni nellOltrepò Pavese

SVILUPPO 2° ANNO Messa a punto di un modello per il calcolo dellaffidabilità di un sistema di distribuzione idrico (NO simulazione di lungo termine) Raccolta e interpretazione dei dati relativi agli interventi di manutenzione sulle reti