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La gestione efficiente dei sistemi idrici secondo l’approccio dell’IWA

(International Water Association)

Marco Fantozzi, Studio Fantozzi Membro ‘Water Loss Task Force’ IWA

marco.fantozzi@email.it

CONVEGNO ACQUA CHIARA

ASTI, 17-18 OTTOBRE, 2005

Soluzioni Innovative per Migliorare le Performance dell’Industria dell’Acqua

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Il Controllo delle Perdite:Una Necessità !

Il Controllo delle Perdite Idriche è diventato di grande interesse a livello internazionale per la necessità di uno Sviluppo caratterizzato da:

• sostenibilità

• efficienza economica

• protezione dell’ambiente

Reperire Nuove Risorse Idriche è diventato progressivamente sempre più difficile e costoso

La maggior parte dei Gestori può ridurre i Costi Operativi investendo nelle tecnologie di Controllo delle Perdite

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Obiettivi & Iniziative dell’Unione Europea

• Il Programma di Ricerca dell’Unione Europea 1998 – 2002 sancisce che:– le tubazioni, un tempo considerate indistruttibili, di fatto

perdono in modo allarmante

• La Key Action 1 ”Gestione Sostenibile e Qualità dell’Acqua” del 5° Programma Quadro della Commissione Europea sancisce il bisogno di:– strategie, tecnologie e pratiche di gestione ottimali, che

includano strumenti economici, per la gestione sostenibile dei sistemi urbani di distribuzione

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Obiettivi & Iniziative negli USA

• Il Piano Strategico 2003 del “Water Loss Control Committee” dell’A.W.W.A. sancisce:– Una “chiamata alle armi” perché si cominci a gestire

l’acqua dispersa a livelli economici, con lo stesso impegno che AWWA ha messo nel promuovere la salubrità dell’acqua nel mondo

– Risvegliare l’Industria dell’Acqua nel Nord America sull’impatto, spesso sottovalutato e fondamentalmente incompreso, della grande quantità di acqua dispersa e non contabilizzata dai Gestori di reti idriche

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Dati Internazionali

Figure 7: Unaccounted for Water (%)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Percent UfW

# o

f u

tiliti

es

Developed Developing

World Bank 2004

Non Revenue Water (%)

Percent NRW

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Stato delle perdite in Italia e Decreto 99/97

• In Italia, l’acqua non fatturata NRW (non revenue water) varia tra il 15-60% del totale immesso in rete, con una media pari al 42% (ISTAT 2003).

• In Italia la maggior parte delle Water Utilities ripara solo le perdite “segnalate” e non applica la gestione della pressione ed il controllo attivo delle perdite, tranne in caso di risposta di emergenza durante periodi di siccità.

• Come primo passo per misurare e ridurre le perdite le Utilities Italiane devono calcolare il bilancio idrico per ognuno dei loro sistemi secondo il Decreto n° 99/97.

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Il Bilancio Idrico secondo il Decreto 99/97

• Consiste di 3 sistemi:– Trasporto (adduzione primaria)– Trasporto (adduzione secondaria)– Distribuzione

Produzione

Trasporto(adduzione primaria)

Distribuzione

Trasporto (adduzione secondaria)

Compenso

Disinfezione

Trattamento

Utenze

A04

A05

A02sA03s

A08s

A07s

A09

A06

A12

A13

A10A11

A15

A02p

A14

A16

A03pA07p A08p

Fonte: Linee Guida della Regione Emilia Romagna

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• Definisce una terminologia ed un metodo standard per il calcolo del bilancio idrico in Italia

• Separa i calcoli per ‘acqua grezza’ e ‘acqua trattata’• Raccomanda di misurare I consumi dei clienti il più vicino

possibile alla rete, al limite di proprietà• Raccomanda la misura per distretti e la riduzione della

pressione in eccesso• Raccomanda l’installazione permanente di misure di

pressione• Definisce alcuni performance indicators ‘pre IWA’, quali:

– Indice lineare delle perdite totali (basato sulla lunghezza in km)– Indice delle perdite in distribuzione (%)

• Ma come può l’Italia beneficiare dei progressi fatti nella gestione delle perdite negli ultimi 10 anni a livello internazionale?

Il Bilancio Idrico secondo il Decreto 99/97

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IWA - Water Loss Task Force

• 80 partecipanti, in 35 paesi dei 5 continenti

• Produzione di una serie di Articoli dal titolo “Practical Approach” su Water 21 (Journal IWA)

• Gestisce workshop internazionali sulle “best practices” per la gestione delle Perdite

• WLTF: Teams su Ricerca Perdite, DMA, PM, PI, Perdite Reali & Apparenti, & Pubblicazioni

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Strategia di Riduzione delle Perdite: Che fare?

• Step 1: Determinare il Volume di Acqua dispersa:– Usare la terminologia e il sistema di calcolo del Bilancio

Idrico ‘migliori’, con limiti di confidenza del 95% • Step 2: Identificare ‘come stiamo operando’:

– Usando i “performance indicators” più significativi• Step 3: Analizzare i dati e sviluppare la propria strategia

– Usando i migliori concetti e software disponibili• Step 4: Definire obiettivi, prendersi l’impegno, iniziare,

imparare dal proprio lavoro• L’uso di software specifico può accelerare i progressi!

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Il Bilancio Idrico Standard IWA - Step-by-Step -

VolumeVolume

ImmessoImmesso

in Retein Rete

SystemSystem

InputInput

VolumeVolume

Consumi Consumi

AutorizzatiAutorizzati

RevenueRevenueWaterWater

Acqua Acqua NonNon

FatturataFatturata

NonNon

Revenue Revenue

WaterWater

Consumi Consumi AutorizzatiAutorizzatiFatturati Fatturati

ConsumiConsumi Autorizzati Autorizzati Non FatturatiNon Fatturati

PerditePerditeApparentiApparenti

Perdite Perdite RealiReali

Perdite Perdite IdricheIdriche

Consumo Fatturato MisuratoConsumo Fatturato Misurato

Consumo Non Fatturato Non MisuratoConsumo Non Fatturato Non Misurato

Consumo Non AutorizzatoConsumo Non Autorizzato

Imprecisione dei Contatori ClientiImprecisione dei Contatori Clienti

Perdite nella Rete di TrasportoPerdite nella Rete di Trasportoe di Distribuzionee di Distribuzione

Consumo Fatturato Non MisuratoConsumo Fatturato Non Misurato

Consumo Non Fatturato MisuratoConsumo Non Fatturato Misurato

Perdite dalle Prese d’Utenza Perdite dalle Prese d’Utenza fino al Contatorefino al Contatore

Perdite e Sfiori dai SerbatoiPerdite e Sfiori dai Serbatoi

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Il Bilancio Idrico IWA

• Nazioni ed organizzazioni che ora usano (o raccomandano) il Bilancio Idrico IWA sono i seguenti:– Germania (DVGW)– Malta– Sud Africa (Water Research Commission)– Australia (Water Services Association)– Nuova Zelanda (New Zealand Water and Waste Association)– Canada (Canadian Federation of Municipalities)– USA (American Water Works Association)

• Versioni del Bilancio Idrico IWA sono ora disponibili in lingua italiana con il software Fastcalc, con il limiti di confidenza del 95%

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Crescita Naturale delle Perdite Reali

Anno 5

Anno 4

Anno 3

Anno 2

Anno 1

Volume Annuo delle Perdite Reali

CARL

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Current Annual Real Losses

Perdite Reali Potenzialmente Recuperabili

Livello Economico Perdite Reali

Unavoidable Annual Real

Losses

Pressure M anagem ent

Gestione della

Pressione

Active LeakageControl

Velocità e Qualità delle Riparazioni

Speed and quality

of repairs

Controllo Attivo delle

Perdite

Pipe M aterials M anagem ent:

selection,installation,

m aintenance,renew al,

replacem ent

Pipeline and Assets

Management: Selection, Installation, Maintenance

, Renewal, Replacement

I 4 modi per gestire le Perdite Reali

“Il livello di perdita oltre il quale il costo di una ulteriore riduzione è superiore al valore dell’acqua recuperata”

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m3

/ gio

rno 75

Rotture segnalate su

condotte 82.5 m3

1.1 Giorni

Lm3

/ gio

rno Perdite Occulte

su prese > 4500 m3

25182.5 Giorni

RA

m3

/ gio

rno

16 Giorni

Rotture segnalate su prese 400 m3

25

RLA

Il Tempo fa la Differenza nel

volume annuo delle perdite reali!

Pronto Intervento

Manutenzione

Controllo Attivo delle Perdite

Active LeakageControl

Velocità e Qualità delle Riparazioni

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Le Perdite ‘Segnalate’ sulla rete rappresentano meno del 10% del

volume delle perdite reali annue nella maggior parte dei sistemi idrici ben

gestiti!

Quindi, la necessità di un approccio pratico ATTIVO alla Gestione delle Perdite Idriche

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Gestione della Pressione

Il volume di acqua dispersa varia al variare della pressione

Pressure M anagem entGestione

della Pressione

BASSA PRESSIONE ALTA PRESSIONE

Requisiti Locali• Decreto 8 Gennaio 1997 (n° 99/97) richiede misure regolari di portata e

pressione in rete• Ciò riconosce l’importanza della pressione, ma non suggerisce quanto

influenza le perdite, le frequenze delle nuove perdite o i performance indicators

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Relazione Pressione Perdite

Studi internazionali hanno definito la relazione tra la variazione della pressione e la variazone delle perdite

• L’approccio FAVAD fornisce la chiave interpretativa dei diversi risultati

ottenibili. La Perdita ‘L’ varia con PN1 L1/L0 = (P1/P0)N1

Pressure M anagem entGestione

della Pressione

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20

Ratio of Pressures P1/Po

Ra

tio

of

Le

ak

ag

e R

ate

s L

1/L

o

N1 = 0.50

N1 = 1.00

N1 = 1.15

N1 = 1.50

N1 = 2.50

Perdite su tubi metalliciN1=0.5

Perdite di fondo & su tubi plastici N1

= 1.5

Media per grandi reti

N1 = 1

Tubo metallico

Tubo plastico

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Controllo Attivo delle Perdite

Creazione Distretti (DMA)

Speed and quality

of repairs

Controllo Attivo delle Perdite ALC

Distretti District Metered Areas (DMA)

M

B

A

C

Misuratore Confine del DMAReteM

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Controllo Attivo delle Perdite

Monitoraggio rete

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

00to01

01to02

02to03

03to04

04to05

05to06

06to07

07to08

08to09

09to10

10to11

11to12

12to13

13to14

14to

15

15to16

16to17

17to18

18to19

19to20

20to21

21to22

22to23

23to24

Tempo Ore (24 ore)

Pre

ss

ion

e M

ed

ia d

ell

a Z

on

a (

me

tri)

0

20

40

60

80

100

120

140

Po

rta

ta i

n I

ng

res

so

mc

/ora

Perdita Notturna sulla rete e sull'impianto dei Clienti

Uso Notturno dei Clienti

Flusso Minimo Notturno

Pressione Media della Zona

Portata in Ingresso

Uso dei Clienti

Speed and quality

of repairs

Controllo Attivo delle Perdite ALC

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Controllo Attivo delle Perdite

Ricerca e localizzazione perdite

Speed and quality

of repairs

Controllo Attivo delle Perdite ALC

TECNOLOGIA SEMPLICE

TECNOLOGIA AVANZATA

Cercatubi Misuratori di Portata Data logger

Geofono Correlatore Noise loggers Sahara

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Il Livello Economico del Controllo Attivo delle Perdite

• La ricerca delle perdite occulte (non segnalate)! – Non è una pratica adottata in molti paesi– Ma quasi tutti i sistemi idrici hanno delle perdite occulte!– Tutti i Gestori dovrebbero avere una politica di intervento economico

• Ogni quanto dovrei controllare il mio sistema idrico?• Le Frequenze di intervento applicate o raccomandate sono:

– In UK, per piccoli settori con misura della portata notturna: variano tra 2 volte all’anno e 1 volta ogni 3 anni

– In Germania: variano tra 1 volte all’anno e 1 volta ogni 6 anni, in funzione del livello di perdita

– In Nord America: la raccomandazione AWWA M36 prevede il controllo attivo delle perdite 1 volta ogni 4 anni

– In Italia (D.M. 99/97): attività da eseguire ma frequenza non definita

• Ma, come possiamo stabilire la frequenza economica di intervento per uno specifico sistema idrico o sottosistema?

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Intervento Economico Semplificato• Fino a poco fa venivano usati metodi complicati per

calcolare la frequenza economica di intervento • Membri Inglesi & Italiani della IWA Water Losses Task

Force hanno recentemente sviluppato un semplice approccio pratico – velocemente applicabile a sistemi e sotto-sistemi di ogni

dimensione– usando limitati dati prontamente disponibili (o stimabili)– assumendo una politica base di controllo regolare delle perdite

• Servono solo 3 parametri chiave– Costo di Intervento (CI) per localizzare le perdite occulte – Costo marginale dell’acqua (MaC) o costo variabile – Tasso di crescita delle perdite occulte S (litri/presa/giorno/anno)

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CASO n° 1 - Acquedotto di Pavone Mella (BS)km di rete = 6

numero di prese = 900

pressione media di esercizio = 30 m

Misure occasionali di portata con strumenti ad inserzione e No storia di controllo attivo perdite

CI/MaC = Costo Intervento Ricerca Perdite (Euro/presa)/ Costo Marginale dell'acqua (Euro/m3)

06

121824303642485460667278849096

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100Tasso di crescita delle perdite occulte (S)

(litri/presa/giorno, per anno)

Per

iod

o E

con

om

ico

tra

su

cces

sivi

Inte

rven

ti

Te

(mes

i)

CI/MaC=100 m3/presa

CI/MaC=50 m3/presa

CI/MaC=20 m3/presa

CI/MaC=10 m3/presa

CI/MaC=5 m3/presa

CI/MaC=2 m3/presa

Costo di Intervento CI = € 4000 /900 = € 4.44 per presaCosto Marginale dell’acqua MaC = 0.11 €/m3Rapporto CI/MaC = 4.44/0.11 = 40 m3/presaTasso di crescita stimato S = 89 l/presa/giorno/anno

E’ economico fare Controllo Attivo delle Perdite ogni 18 mesi

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Riabilitazione

• Specifiche dei Materiali & Standard di Progettazione

• Criteri di Sostituzione delle Condotte

• Info sul Deterioramento delle Condotte & Perdite di Fondo

• Standard & Misure di Esercizio e Manutenzione

• Indicatori di Performance del Sistema: ILI ( Sistema) & ICF (Distretto)

Pipe M aterials M anagem ent:

selection,installation,

m aintenance,renew al,

replacem ent

Gestione di Tubi e Assets:

Selezione, Installazione,

Manutenzione, Rinnovo,

Sostituzione

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Il Bilancio Idrico Standard IWA - Step-by-Step -

VolumeVolume

ImmessoImmesso

in Retein Rete

SystemSystem

InputInput

VolumeVolume

Consumi Consumi

AutorizzatiAutorizzati

RevenueRevenueWaterWater

Acqua Acqua NonNon

FatturataFatturata

NonNon

Revenue Revenue

WaterWater

Consumi Consumi AutorizzatiAutorizzatiFatturati Fatturati

ConsumiConsumi Autorizzati Autorizzati Non FatturatiNon Fatturati

PerditeApparenti

Perdite Perdite RealiReali

Perdite Perdite IdricheIdriche

Consumo Fatturato MisuratoConsumo Fatturato Misurato

Consumo Non Fatturato Non MisuratoConsumo Non Fatturato Non Misurato

Consumo Non Autorizzato

Imprecisione dei Contatori

Perdite nella Rete di TrasportoPerdite nella Rete di Trasportoe di Distribuzionee di Distribuzione

Consumo Fatturato Non MisuratoConsumo Fatturato Non Misurato

Consumo Non Fatturato MisuratoConsumo Non Fatturato Misurato

Perdite dalle Prese d’Utenza Perdite dalle Prese d’Utenza fino al Contatorefino al Contatore

Perdite e Sfiori dai SerbatoiPerdite e Sfiori dai Serbatoi

Errori di gestione dei dati

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Volume

m3 x 103

% del Volume immesso in

rete

Costo

Euro/m3

Valore

Euro x 103

ACQUA NON FATTURATA

8950 25,6 O,12 1049,3

PERDITE 8513 24,3 0,12 1027,5

Consumi non autorizzati

87 0,2 0,5 43,7

Sottoregistrazione dei Contatori

1250 3,6 0,5 625

PERDITE APPARENTI

1337 3,8 0,5 668,7

PERDITE REALI 7175 20,5 0,05 358,8

Esempio di Analisi BABE

delle componenti di Perdita

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Valutazioni sull’esempio di Analisi Babe

• Nel caso in oggetto:

• le Perdite Apparenti (o Commerciali) pur essendo percentualmente significativamente minori delle Perdite Reali hanno un valore economico circa doppio delle Perdite Reali

• in particolare la riduzione della sotto registrazione dei contatori rappresenta la priorità economica di intervento

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Gestione delle Perdite Apparenti

Errori di Precisione

dei Contatori

Errori di Analisi dei Dati usati per la Fatturazione e il Bilancio Idrico

Errori di Trasferimento

dei dati tra i Contatori

e gli Archivi

Prelievi Non Autorizzati

e Furti

Le Perdite variano a seconda dell’entità dell’impegno messo in atto per le diverse componenti

I Gestori dovrebbero cercare di Raggiungere e Mantenere le Perdite al Livello Economico di Perdita

I 4 Metodi per la Gestione delle Perdite

Apparenti secondo l’Approccio IWA

Perdite Apparenti CAAL

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Errori di Precisione

dei Contatori

Errori di Analisi dei Dati usati per la Fatturazione e il Bilancio Idrico

Errori di Trasferimento

dei dati tra i Contatori

e gli Archivi Perdite Apparenti Fisiologiche

Prelievi Non Autorizzati

e Furti

Gestione delle Perdite Apparenti

Perdite Apparenti CAAL

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Errori di Precisione

dei Contatori

Errori di Analisi dei Dati usati per la Fatturazione e il Bilancio Idrico

Errori di Trasferimento

dei dati tra i Contatori

e gli Archivi

Perdite Apparenti Recuperabili

Prelievi Non Autorizzati

e Furti

Perdite Apparenti CAALLivello Economico

Perdite Apparenti Fisiologiche UAAL

Gestione delle Perdite Apparenti

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Errori di Precisione dei Contatori

I contatori possono risultare imprecisi per diversi motivi:

– Portate eccessive o acque abrasive– Installazione errata o mancanza di manutenzione– Errato dimensionamento o tipologia del contatore

• Adeguate Procedure di Selezione,

Dimensionamento, Test,

Installazione e Sostituzione dei

contatori possono risolvere

questo tipo di errori

Flow Meter Test Results - ISO 4064-1

-6

-4

-2

0

2

4

6

0.001 0.01 0.1 1 10

Flow (x*N)

Err

or

Ba

nd

Upper Lower

New Test Results

qmin qt

qp qs

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Errori di Trasferimento Dati

In molte situazioni i dati possono essere registrati

correttamente ma trasferiti erroneamente a causa di:– Problemi di scala di misura– Azzeramenti– Errori di lettura– Errori nella gestione delle letture

Adeguate Procedure di Controllo, Ispezione,

Tracciato Dati e di Validazione delle letture

possono risolvere molti di questi problemi

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Errori di Analisi dei Dati

Errori possono essere fatti anche una volta che i dati sono arrivati al Gestore

Adeguate Procedure di Gestione

degli Archivi, Routine di Controllo

e Adeguato Addestramento degli

Operatori possono risolvere molti

di questi problemi

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Furti e Consumi IllegaliPossono esistere situazioni per le quali un cliente:

– Non risulta nel Sistema Clienti– Ha eseguito un by-pass– Ha manomesso il contatore – Utilizza impropriamente la rete anti incendio (pulizia, riempimento serbatoi ecc.)

Adeguate Procedure di Ispezione,

Controllo di pressioni e portate,

Misure prepagate e Azioni Legali

possono risolvere molti problemi

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• Capire le perdite Reali e Commerciali e quantificarle

• Agire sulle 4 componenti della Metodologia che consentono di ottenere più velocemente il maggior ritorno economico

• Non assumere che risultati ottenuti altrove possano essere applicati ciecamente alla propria situazione

• Guardare all’aspetto economico – normalmente la riduzione delle perdite apparenti ha tempi di ritorno molto brevi

Conclusioni

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Grazie per l’attenzione!

Contattatemi se desiderate ulteriori informazioni sui metodi e i software per l’applicazione del

Metodo IWA

Marco Fantozzimarco.fantozzi@email.it www.studiomarcofantozzi.it