Calibrazione del modello di perdite idriche nella rete di Oppegård

I modelli idraulici delle reti di distribuzione idrica si basano sulla soluzione delle equazioni di bilancio di massa sui nodi e di energia lungo i tronchi, poiché esse sottendono la descrizione del funzionamento fisico del sistema. La simulazione “accurata” del funzionamento delle reti richiede tuttavia la calibrazione dei parametri del modello matematico, necessaria a massimizzare la coerenza con i valori di pressione e portata misurati in rete. L’utilizzo di modelli idraulici avanzati, che consentono anche la modellazione pressure-driven delle perdite di sottofondo distribuite lungo i tronchi (es. [1]), pone la necessità di considerare tra i parametri da calibrare sia le resistenze idrauliche delle condotte che i parametri del modello di perdita.

Il modello idraulico della rete di Oppegård (Norvegia) è stato sviluppato e calibrato per supportare lo studio di strategie di riduzione delle perdite di sottofondo mediante la razionalizzazione del sistema di valvole di riduzione della pressione (PRV), utilizzando schemi di controllo remoto. Infatti la rete di Oppegård, risulta sovradimensionata rispetto ai normali scenari di domanda e, a causa dell’assetto plano-altimetrico, presenta un regime di pressioni particolarmente elevate (anche oltre 8 bar) in vaste porzioni del sistema. In un tale scenario di esercizio e per le finalità del progetto, la calibrazione dei parametri del modello di perdita risulta di maggiore impatto rispetto alle resistenze idrauliche.

Il modello idraulico della rete è stato sviluppato utilizzando il sistema WDNetXL [2] poiché permette di stimare le portate di perdita di sottofondo (d_k^leaks) lungo ciascun tronco in funzione della pressione media in condotta (P_k simulata) come d_k^leaks=L_kb_kP_k^a dove: L_k è la lunghezza della condotta k, a e b_k sono due parametri del modello di perdita [1]. L’esponente a dipende principalmente dal materiale delle condotte, benché la letteratura tecnica ripoti per valori di a ≈1 risultati consistenti per un vasta gamma di materiali, tra cui quelli installati ad Oppegård. Il coefficiente b_k, invece, normalmente presenta un intervallo di variabilità più ampio che riflette differenti materiali, diametri, età e condizioni di installazione e deterioramento delle condotte, risultando un parametro del modello da stimare in base alle misure di pressione e portata in campo. La funzione di calibrazione del modello idraulico nel sistema WDNetXL consente la stima simultanea delle resistenze idrauliche nonché del coefficiente b_k permettendo l’aggregazione in gruppi di condotte omogenee per caratteristiche (es. materiale, età, ecc.) e condizioni di funzionamento, ovvero stessa propensione alla perdita.

La calibrazione del modello idraulico per la rete di Oppegård è presentata e discussa considerando l’obiettivo specifico di sviluppare un modello idraulico fenomenologico per stimare la riduzione delle perdite idriche in rete conseguibile mediante pianificazione di schemi di controllo delle pressioni attraverso PCV controllate in remoto. Il lavoro è stato realizzato nell’ambito del progetto “InnoWatING” (Reserach Council of Norway) e supportato dal progetto di ricerca “Strumenti e procedure per una gestione avanzata e sostenibile delle reti acquedottistiche” – PRIN 2012 (MIUR).

Bibliografia essenziale

1. O. Giustolisi, D.A. Savic, and Z. Kapelan, “Pressure-driven demand and leakage simulation for water distribution networks”. J. Hydr. Eng., vol. 134, no. 5, 2008, pp. 626–635.
2. O. Giustolisi, D.A. Savic, L. Berardi, and D. Laucelli “An excel-based solution to bring water distribution network analysis closer to users”, in Proceedings of Computer and Control in Water Industry (CCWI), Exeter, U. K., edited by D. A. Savic et al., 2011, vol. 3, pp. 805–810.