Linee guida per la gestione delle perdite idriche nelle reti · Ogni gestore di acquedotti deve...

Linee guida per la gestione

delle perdite idriche nelle reti

Richtlinien für das Management

von Verlusten in Wassernetzen

Questo progetto è cofinanziato dall'UE con fondi FESR.

Dieses Projekt wird von der EU aus EFRE-Mittel kofinanziert.

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Linee guida per la gestione

delle perdite idriche nelle reti

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I

Introduzione

I N T R O D U Z I O N E

La ricerca delle perdite nelle condotte in pressione è una delle problematiche più importanti nella gestione delle risorse idriche e nell’ingegneria ambientale.

Il presente manuale si pone l’obiettivo di esporre i risultati conseguiti nell’ambito del progetto Interreg IV Italia-Austria GAP-UK circa lo sviluppo di nuove metodologie gestionali per la riduzione della quantità d’acqua persa nelle reti idriche.

Il programma Interreg IV Italia-Austria promuove lo sviluppo regionale cofinanziando progetti di cooperazione mediante fondi FESR (Fondo Europeo di Sviluppo Regionale). In tale ambito rientra il progetto GAP-UK: “Sostenibilità ambientale per l’uso della risorsa idrica: metodi innovativi per la gestione delle reti degli acquedotti e gestione degli acquiferi”. Tale progetto è finalizzato alla promozione della tutela dell’ambiente e dello sviluppo sostenibile del territorio grazie al confronto ed alla cooperazione tra diversi partner dell’area transfrontaliera.

La gestione e il contenimento delle perdite idriche nelle reti acquedottistiche risultano di primaria importanza sia con riferimento all’efficiente gestione del servizio di acquedotto, sia per quanto riguarda l’entità dei prelievi dalle diverse fonti e, quindi, la loro sostenibilità. Ogni gestore di acquedotti deve affrontare la valutazione di nuove metodologie gestionali, la loro efficacia, i costi e le ricadute sul sistema.

Il manuale si presta a fornire linee guida utili per ottimizzare la gestione delle reti acquedottistiche minimizzando le perdite idriche con un conseguente risparmio nei costi energetici di produzione, mirando alla conservazione della risorsa acqua.

Nel capitolo 1 sono approfonditi alcuni aspetti legati alle normative nazionali e internazionali in merito di perdite idriche, al fine di definire e assicurare un terreno comune di confronto.

Nel capitolo 2 sono dettate le linee guida fondamentali per il contenimento delle perdite idriche, con particolare evidenza delle metodologie gestionali da utilizzare per mantenere una rete a valori minimi di perdite.

Nei successivi cinque capitoli sono riassunte le esperienze sviluppate all’interno del Progetto dai diversi Partner, rispettivamente:

Lead Partner, LP: AMGA Azienda Multiservizi S.p.A. [AMGA]

Partner del Progetto, P1: Stadtwerke Klagenfurt AG [STW]

Partner Associato, AP2: Carniacque S.p.A. [CARNIACQUE]

Partner Associato, AP3: CAFC S.p.A. [CAFC]

Partner Associato, AP4: Amt der Kärntner Landesregierung;

Infine, il capitolo 8 riporta le analisi conclusive e gli sviluppi futuri delle esperienze affrontate.

II

Indice

I N D I C E

INTRODUZIONE I CAPITOLO 1. IL QUADRO NORMATIVO 1

1.1 LA NORMATIVA ITALIANA 1 1.2 LA NORMATIVA AUSTRIACA 3 1.2.1 Basi giuridiche per la gestione delle reti idriche 3

1.2.2 Legge sul diritto di sfruttamento delle risorse idriche: WRG 1959

nella versione della BGBl. I N. 14/2011 3

1.2.3 Normativa della ÖVGW – Associazione Austriaca di Servizi per il

Comparto del Gas e dell’Acqua 3

1.2.3.1 Direttiva W100: Condotte di distribuzione – Gestione e

manutenzione (2007) 3

1.2.3.2 Direttiva W63: Perdite idriche nei sistemi di

distribuzione idrica, rilevamento, valutazione e misure atte a ridurre le perdite (2009)

4

1.3 L’APPROCCIO INTERNAZIONALE 5 CAPITOLO 2. METODI PER LA GESTIONE DELLE PERDITE IDRICHE 7

2.1 LINEE GUIDA 7 2.1.1 Controllo attivo delle perdite 9 2.1.2 Gestione della pressione 9 2.1.3 Velocità e qualità delle riparazioni 10 2.1.4 Piani di manutenzione 11 2.2 QUANDO ATTUARE UNA POLITICA DI CONTROLLO PERDITE? 11 CAPITOLO 3. L’ESPERIENZA DI AMGA AZIENDA MULTISERVIZI SPA 13

3.1 L’ACQUEDOTTO DI UDINE 13 3.2 CAMPAGNA DI RICERCA PERDITE 2012 15 3.2.1 Analisi preliminare 15 3.2.2 Prelocalizzazione 15 3.2.3 Localizzazione puntuale 16 3.2.4 Verifica di congruenza 16 3.3 ANALISI DEI RISULTATI 17 3.4 ANALISI DEL RECUPERO IDRICO 24 3.4.1 Confronto tra i MNF (Minimum Night Flow) 24 3.4.2 Bilancio e indici 25 3.5 CONFRONTO DI ESPERIENZE 26 3.5.1 Analisi delle differenze metodologiche 27 3.5.2 Analisi dell’efficacia 29 3.5.3 Analisi dei costi 32 3.6 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI 34

III

Indice

CAPITOLO 4. L’ESPERIENZA DI STW KLAGENFURT AG 37

4.1 INTRODUZIONE 37

4.1.1 Definizione dei compiti 37 4.1.2 Obiettivi 37 4.2 ATTUALI METODI DI LOCALIZZAZIONE DELLE PERDITE 38

4.2.1 Localizzazione acustica delle perdite 38

4.2.2 Analisi delle perdite idriche mediante tecnica del consumo zero 38 4.3 NUOVO METODO: MODELLO MATEMATICO DI MONITORAGGIO

DELLA RETE 38

4.3.1 Area di prova di “Welzenegg” 41

4.3.1.1 Installazione degli strumenti di misurazione nella

condotta di alimentazione 42

4.3.1.2 Installazione degli strumenti di misurazione – Area di

prova 43

4.3.2 Ricalibratura del modello idraulico con i dati rilevati 44 4.3.2.1 Analisi dei dati di base 44 4.3.2.2 Analisi dei dati idraulici misurati 47 4.3.2.3 Ricalibratura del modello idraulico con i dati analizzati 50

4.4 VALUTAZIONE E RAPPRESENTAZIONE DEI RISULTATI 52 4.5 SINTESI E PROSPETTIVE FUTURE: MONITORAGGIO DELL’INTERA

RETE CON IL MODELLO MATEMATICO 53

CAPITOLO 5. L’ESPERIENZA DI CARNIACQUE SPA 55

5.1 ACQUEDOTTI DELL’ALTO FRIULI 55

5.1.1 Perdite nelle reti di distribuzione 55 5.1.2 Incidenza economica e gestionale delle perdite 58 5.2 ESPERIENZE DI GESTIONE DEL GRADO DI PERDITA 58

5.2.1 Ricerca a tappeto con metodi acustici 58

5.2.2 Limitazione della pressione 59 5.2.3 Chiusura notturna per porzioni di rete 59 5.2.4 Esempio applicativo adduzione: Acquedotto Valle del But 61 5.2.5 Esempio applicativo distribuzione: Tarvisio 64

5.3 CONCLUSIONI 66

CAPITOLO 6. L’ESPERIENZA DI CAFC SPA 67

6.1 LE RETI IDRICHE 67 6.2 LA RETE DEL CORNAPPO 68

6.2.1 Analisi delle criticità 70 6.3 LA RETE DI DISTRIBUZIONE DI BUJA 71

6.3.1 Gestione ottimale delle pressioni 7 1 6.4 CONCLUSIONI 75

CAPITOLO 7. L’AMT DER KӒRNTNER LANDESREGIERUNG 76

IV

Indice

CAPITOLO 8. LINEE GUIDA GESTIONALI 77

8.1 LE METODOLOGIE DI RICERCA PERDITE 77 8.1.1 Sistemi di prelocalizzazione delle perdite software based 77 8.1.2 Sistemi di di prelocalizzazione delle perdite hardware based 78 8.1.3 Sistemi di di localizzazione delle perdite 79

8.2 MODALITÀ DI SELEZIONE DELLE TECNICHE DI RICERCA PERDITE 80 8.3 CONCLUSIONI 81

ELENCO DELLE ABBREVIAZIONI i

BIBLIOGRAFIA ii

V

Indice delle Figure

Indice delle Figure Figura 1.1: Componenti del bilancio idrico secondo la normativa italiana 2

Figura 1.2: Componenti del bilancio idrico secondo IWA 5

Figura 2.1: I quattro modi per gestire le perdite reali 8

Figura 2.2: Riduzione delle perdite reali a seguito di un piano di gestione delle perdite 8

Figura 2.3 : Perdita idrica in alta pressione 9

Figura 2.4 : Perdita idrica in bassa pressione 10

Figura 2.5 : Il volume disperso da una perdita in funzione del tempo 10

Figura 2.6 : Individuazione del livello economico di perdita 12

Figura 3.1: La rete idrica di Udine 13

Figura 3.2: Suddivisione rete distributiva in base a materiale (figuara a sinistra) e al

diametro (figura a destra) delle condotte

14

Figura 3.3: Suddivisione rete distributiva in base all’anno di posa delle condotte 15

Figura 3.4: Modalità di prelocalizzazione 17

Figura 3.5: Segnalazione perdite potenziali in fase di prelocalizzazione con noise logger 18

Figura 3.6: Confronto tra strumenti posati e rispettive segnalazioni di potenziali perdite 18

Figura 3.7: Analisi delle perdite in base alla posizione 19

Figura 3.8: Distribuzione spaziale delle perdite sulla rete distributrice di Udine 20

Figura 3.9: Analisi delle fughe nella rete di distribuzione in base al diametro dei tubi e

del relativo anno di posa

22

Figura 3.10: Analisi perdite in base alla tipologia 23

Figura 3.11: Analisi perdite in base all’intervento effettuato 23

Figura 3.12: Comparazione flussi immessi in rete prima e dopo la riparazione delle

perdite

24

Figura 3.13: Analisi delle perdite in base alla posizione 29

Figura 3.14: Suddivisione della rete in settori 30

Figura 3.15: Individuazione del nuovo livello economico di perdite 34

Figura 3.16: Individuazione della frequenza ottimale di esecuzione del servizio di ricerca

programmata delle perdite idriche, t*

35

Figura 4.1: Tipologia di consumo del bilancio idrico (ÖVGW W63) 39

Figura 4.2: Parametri nel nodo i al momento t 39

Figura 4.3: Rapporto tra pressione (pi) e portata della dispersione (qi**) 40

Figura 4.4: Area di prova di Welzenegg 41

Figura 4.5: Installazione del pozzetto per la condotta di alimentazione 42

Figura 4.6: Rappresentazione grafica online del flussometro (SCADA) 43

Figura 4.7: Punti di installazione degli strumenti di misurazione nell’area di prova 44

Figura 4.8: Distribuzione cumulativa delle condotte esaminate in funzione dell’anno di

costruzione

44

Figura 4.9: Suddivisione in funzione dei materiali delle condotte esaminate 45

Figura 4.10: Suddivisione in funzione del diametro nominale delle condotte esaminate 45

Figura 4.11: Suddivisione dei danni alle condotte esaminate con riferimento alla

quantità degli stessi

46

Figura 4.12: Rappresentazione grafica dei dati grezzi di portata misurati sulla condotta

di alimentazione

47

VI

Indice delle Figure

Figura 4.13: Box-plot relativo alle 24 ore di tutte le misurazioni di portata della condotta

di alimentazione

47

Figura 4.14: Rappresentazione grafica dei dati grezzi di pressione misurati sulla

condotta di alimentazione

48

Figura 4.15: Box-plot relativo alle 24 ore di tutte le misurazioni di pressione della

condotta di alimentazione

48

Figura 4.16: Rappresentazione grafica dei dati grezzi di pressione misurati sul logger

DL0216

49

Figura 4.17: Box-plot giornaliero dei dati di pressione misurati sul logger DL0216 49

Figura 4.18: Box-plot relativo alle 24 ore di tutti i dati di pressione sul logger DL0216 50

Figura 4.19: Dopo la ricalibratura dei dati di pressione, dati di modello (in nero) e dati di

misurazione (in rosso)

50

Figura 4.20: Dati di modello (in nero) e dati di misurazione (in rosso) dopo la

ricalibratura della portata sulla condotta di alimentazione

51

Figura 4.21: La rete nell’area di prova di Welzenegg. Rappresentazione delle perdite con

isosuperficie (WaterCad / Bentley)

52

Figura 4.22: Quota relativa alla portata e alle perdite per trafilamento nell’osservazione

complessiva

53

Figura 5.1: Panoramica delle reti di acquedotto e dei principali manufatti nell’area di

studio

55

Figura 5.2: Andamento portate in ingresso e uscita dal serbatoio “Lots” (Villa Santina) 56

Figura 5.3: Misure di portata con chiusura delle diramazioni 62

Figura 5.4: Misure di portata in cascata lungo le condotte adduttrici 63

Figura 5.5: Entità delle perdite riscontrate nella rete idrica di Tarvisio 65

Figura 6.1: Mappa dei comuni in cui CAFC gestisce il servizio idrico integrato 67

Figura 6.2: La rete di adduzione del Cornappo 68

Figura 6.3: Schema di funzionamento a valle del serbatoio ripartitore di Morig 69

Figura 6.4: La rete di distribuzione idrica di Buja (Udine) 72

Figura 6.5: Andamenti delle pressioni (figura di sinistra) e delle portate in uscita dal

serbatoio di alimentazione (figura di destra) rilevate nel sistema di distribuzione di Buja

72

Figura 6.6: Gestione delle pressioni nella rete di distribuzione di Buja mediante

l’installazione di quattro valvole PRV

73

Figura 6.7: Portate medie in ingresso nella rete di Buja (l/s) e consumi energetici (MWh)

nei mesi immediatamente precedenti e successivi all’intervento di regolazione delle

pressioni

75

VII

Indice delle Tabelle

Indice delle Tabelle

Tabella 1.1: Classi di qualità della rete in base al valore dell'ILI 6

Tabella 3.1: Resoconto attività della campagna di ricerca perdite a Udine 17

Tabella 3.2: Analisi delle perdite nella rete di distribuzione in base al materiale dei tubi 21

Tabella 3.3: Analisi delle perdite nella rete di distribuzione in base al diametro dei tubi 21

Tabella 3.4: Analisi delle perdite nella rete di distribuzione in base all’anno di posa dei

tubi

22

Tabella 3.5: Portate minime notturne dell’acquedotto udinese 24

Tabella 3.6: Bilancio Idrico prima e dopo la campagna di ricerca perdite a Udine 25

Tabella 3.7: Indici di Performance prima e dopo la campagna di ricerca perdite a Udine 26



Tabella 3.10: Analisi zone maggiormente interessate da perdite idriche 31

Tabella 3.11: Analisi costi servizio esterno mediante tecnica del consumo zero 32

Tabella 3.12: Analisi costi interni mediante tecnica del consumo zero 32

Tabella 3.13: Analisi costi campagna ricerca perdite 2012 33

Tabella 5.1: Analisi delle portate in ingresso (Qingresso) e in uscita (Qmin e Qmax in base

all’andamento dei consumi) in alcuni serbatoi dell’Alto Friuli

57

Tabella 6.1: Valori calcolati dal modello del recupero idrico e della riduzione delle

pressioni mediante l’installazione di una, due, tre o quattro valvole riduttrici di

pressione

73

Tabella 6.2: Risultati ottenuti dall’ottimizzazione delle pressioni mediante

l’inserimento di 4 valvole PRV in termini di volumi recuperati, consumi energetici ed

interventi di manutenzione

74

1

Cap. 1 Il quadro normativo

C A P I T O L O 1

I L Q UA D R O N O R M AT I V O

1.1 LA NORMATIVA ITALIANA

La legge del 5 gennaio 1994, n° 36, detta “Legge Galli”, riguardante “Disposizioni in materia di risorse idriche”, nel comma 2 dell’art. 5, prevede l’adozione di un regolamento per la definizione dei criteri e del metodo in base ai quali valutare le perdite degli acquedotti e delle fognature. Questo regolamento è stato emanato con il Decreto Ministeriale dell’8 gennaio 1997, n° 99, “Regolamento sui criteri e sul metodo in base ai quali valutare le perdite degli acquedotti e delle fognature”.

In particolare nell’Allegato 1 vengono definite le diverse componenti che compongono il bilancio idrico (Figura 1.1):

A01 volume d'acqua dell'ambiente complessivamente concesso o riservato per l'uso acquedottistico (da sorgenti, corsi d'acqua - regolati o non -, falde, ecc.);

A02 volume d'acqua prelevato dall'ambiente (A02p relativo all'acqua grezza e A02s per l'acqua pronta all'uso);

A03 volume delle perdite e di eventuali apporti (contributo negativo) di acqua negli impianti di trasporto primario (A03p) e secondario (A03s);

A04 volume in ingresso agli impianti di trattamento;

A05 volume di perdita di processo negli impianti di trattamento;

A06 volume prodotto dagli impianti di trattamento, costituito dall'acqua complessivamente uscita dagli impianti per essere immessa all'utilizzazione (A06=A02p-A03p-A05);

A07 volume prelevato da altri sistemi di acquedotto (A07p relativo all'acqua grezza A07s per l'acqua pronta all'uso secondo le specifiche del ricevente);

A08 volume consegnato ad altri sistemi di acquedotto (A08p relativo all'acqua grezza e A08s per l'acqua pronta all'uso secondo le specifiche del fornitore);

A09 volume in ingresso alla distribuzione (A09=A02s+A06-A03s+A07s-A08s);

A10 volume misurato dell'acqua consegnata alle utenze;

A11 volume misurato dalle utenze e non misurato (per usi autorizzati senza contatore; la presenza di questi deve essere progressivamente minimizzata);

A12 volume perso per manutenzione e servizi agli impianti (ad esempio acque di lavaggio, scarico di serbatoi, ecc.);

A13 volume perso per disservizi (accidentali - ad esempio per rotture -, per scarico da troppo-pieno, etc. salvo che questo non sia esercitato nelle opere di captazione o che lo sfioro non danneggi o impedisca altre utilizzazioni);

A14 volume sottratto (costituito da acqua derivata senza autorizzazione);

A15 volume perduto nella distribuzione (perdite dai serbatoi, dalle condotte, ecc.);

A16 differenza tra il volume fornito e quello misurato in distribuzione per errori di misura a causa dell'imprecisione o del malfunzionamento degli apparecchi di misura (positivo se il probabile valore vero erogato supera quello approssimativamente misurato);

A17 volume perso in distribuzione (A17=A13+A14+A15+A16);

A18 volume utilizzato (A18=A10+A11+A12+A14+A16);

A19 volume immesso nel sistema acquedottistico (A19=A02+A07);

A20 volume fatturato (diverso da A10 in quanto esistano i minimi tariffari).

2


Volume in ingresso nel sistema di distribuzione considerato (A09) Volume consegnato

ad altri sistemi (A08)

Perdite idriche (A17) Consumi autorizzati

reali apparenti

non

fatturati

(A11)

fatturati (A20)

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Acqua non fatturata Acqua fatturata

Figura 1.1: Componenti del bilancio idrico secondo la normativa italiana

Il presente decreto definisce i criteri ed il metodo in base ai quali sono valutate le perdite degli acquedotti e delle fognature: parametri di valutazione, strumenti di controllo e strategie di riduzione. La norma definisce le varie parti che costituiscono un impianto di acquedotto, i possibili usi dell’acqua correlati all’impianto stesso e l’elenco dei volumi di acqua che partecipano alla formazione dei bilanci idrici nei servizi di acquedotto e di fognatura.

Il Bilancio Idrico così indicato è uno strumento fondamentale per procedure di valutazione delle perdite.

Il Regolamento introdusse una serie di novità importanti in relazione sia alla distrettualizzazione sia alla necessità di disporre di misure affidabili e di modelli simulazione idraulica delle reti. Inoltre sottolinea le responsabilità dell’ente gestore il quale, in ogni caso deve prodigarsi nel fare una valutazione delle perdite, tramite sistemi periodici di lettura e fatturazione o mediante apposite stime anche su periodi di tempo relativamente brevi, al fine di una più puntuale individuazione delle criticità che concorrono, in maggiore misura, all’ammontare complessivo delle perdite.

Pur rappresentando una vera novità sul panorama legislativo nazionale, il dispositivo normativo non indica la percentuale di “perdite consentite”, ovvero i volumi di acqua che il gestore può ritenere economicamente non vantaggiosi da recuperare. L’unica indicazione normativa italiana a riguardo è quella presente nel DPCM del 4 marzo 1996 in cui sono definite le perdite tecnicamente accettabili nelle reti di adduzione ed in quelle di distribuzione in “non più del 20%”. Il DPCM recita anche che “qualora le perdite in sistemi acquedottistici esistenti siano superiori a detto limite, il PRGA dovrà prevedere interventi di manutenzione entro un ragionevole periodo di tempo e pertanto una diminuzione, a parità di altre condizioni, del fabbisogno stesso”.

3


1.2 LA NORMATIVA AUSTRIACA

1.2.1 Basi giuridiche per la gestione delle reti idriche

In Austria i gestori degli impianti di approvvigionamento idrico sono soggetti a diverse leggi federali (Wasserrechtsgesetz WRG – Legge sul diritto di sfruttamento delle risorse idriche, Trinkwasserverordnung TWV – Regolamento in materia di acqua potabile, Lebensmittel-sicherheits- und Verbraucherschutzgesetz LMSVG – Legge sulla sicurezza dei generi alimentari e sulla tutela dei consumatori) e a diverse normative (EN, ÖNORM, DIN) e direttive (ÖVGW, DVGW). Per una corretta gestione delle reti acquedottistiche si tratta soprattutto di minimizzare le perdite idriche e di provvedere al costante ammodernamento delle condotte allo scopo di garantire il mantenimento del valore delle reti anche per il futuro. Di seguito si riportano alcuni estratti della normativa in materia di gestione delle reti idriche.

1.2.2 Legge sul diritto di sfruttamento delle risorse idriche: WRG1 1959 nella versione della BGBL.2 I N. 14/2011

§ 134. (1) Gli impianti pubblici di approvvigionamento idrico, ivi incluse le aree protette,

dovranno essere sottoposti a verifiche igieniche e tecniche a cura e spese del soggetto avente

diritto di sfruttamento delle risorse idriche, da effettuarsi ad opera di periti o appositi enti,

istituti o imprese.

(3) Le verifiche di cui ai paragrafi 1 e 2 dovranno essere effettuate a intervalli periodici di

cinque anni al massimo, salvi i casi in cui le autorità preposte in materia di diritto di

sfruttamento delle risorse idriche prescrivano una frequenza più ravvicinata delle verifiche in

considerazione di particolari circostanze.

(5) Il soggetto avente diritto di sfruttamento delle risorse idriche è tenuto a presentare un

attestato con le risultanze dell’avvenuta verifica alle autorità preposte, affinché le stesse

possano disporre gli opportuni accertamenti e controlli. Colui il quale redige attestati non

veritieri agendo con dolo o colpa grave, risponde dei danni scaturenti da tale condizione

contraria al regolamento – ferma stante la responsabilità del soggetto avente diritto di

sfruttamento delle risorse idriche.

1.2.3 Normativa della ÖVGW - Associazione Austriaca di Servizi per il Comparto del Gas e dell‘Acqua3

1.2.3.1 Direttiva W100: Condotte di distribuzione – Gestione e manutenzione (2007)

8.1 Manutenzione e ispezione delle condotte di distribuzione

1 WRG: Wasserrechtsgesetz – Legge sul diritto di sfruttamento delle risorse idriche 2 BGBl: Bundesgesetzblatt – Gazzetta Ufficiale della Repubblica Federale d’Austria 3 ÖVGW: Österreichische Vereinigung für das Gas- und Wasserfach – Associazione Austriaca

di Servizi per il Comparto del Gas e dell‘Acqua

4


Con la manutenzione e l’ispezione delle reti di distribuzione di acqua potabile si mira ad

assicurare il perfetto funzionamento dell’intero impianto. Manutenzione e ispezione sono

elementi fondamentali ai fini della garanzia della qualità e le rispettive attività sono

regolamentate dalla ÖNORM B 2539-ÖVGW W 59. I risultati devono essere documentati ai

sensi della ÖVGW W 85. Le condotte di distribuzione di norma sono escluse dall’ispezione visiva. Per questa ragione i dati risultanti a seguito di lavori sulla rete (es. manutenzione,

ispezione, riparazione), devono essere documentati e confluire nella pianificazione degli

interventi di manutenzione.

8.1.1 Controllo della rete idrica

Ai sensi della ÖNORM B 2539-ÖVGW W 59, il gestore dell’impianto ha l’obbligo di verificare

la corretta tenuta stagna delle sue condotte di distribuzione entro un intervallo di cinque

anni.

1.2.3.2 Direttiva W63: Perdite idriche nei sistemi di distribuzione idrica, rilevamento, valutazione e misure atte a ridurre le perdite (2009)

2. Principi generali

Le perdite idriche devono essere mantenute al livello minimo per motivi tecnici di

distribuzione e sicurezza, nonché per ragioni economiche, ambientali e giuridiche. I sistemi di

distribuzione idrica devono essere controllati a intervalli regolari secondo quanto disposto

dalla Direttiva ÖVGW W 59 e dalla ÖNORM 8 2539. Uno strumento essenziale ai fini del

monitoraggio è dato dal rilevamento annuale delle perdite idriche, sia per l’intero impianto

che per singoli settori della rete. Elevate perdite idriche indicano la presenza di anomalie e

difetti nell’impianto e richiedono pertanto interventi correttivi tempestivi.

5.4 Argomentazioni giuridiche

Eventuali perdite nel volume idrico possono provocare danni alle cose e alle persone, laddove

i crediti di risarcimento andranno saldati in conformità alla legislazione in materia di

responsabilità civile. In caso di comprovata negligenza, ad esempio in caso di ritardo colposo

nella messa in atto di interventi atti a ridurre l’entità del danno, non si possono escludere

possibili conseguenze di natura penale a carico dell’azienda di fornitura di servizi idrici e si

può arrivare ai crediti di regresso dell’assicurazione di responsabilità civile verso terzi. Di

norma le autorità preposte in materia di diritto di sfruttamento delle risorse idriche

impongono all’azienda di fornitura di servizi idrici, nell’ambito dell’autorizzazione concessa

all’azienda stessa, il mantenimento dell’impianto in perfette condizioni tecnico-igieniche. Pertanto, perdite e dispersioni vanno riparate il più tempestivamente possibile una volta

accertato il danno (direttiva ÖVGW W 1 00). Tale obbligo di mantenimento delle perfette

condizioni della rete è stabilito nel § 50, comma (1) Wasserrechtsgesetz4 e nel § 5

Trinkwasserverordnung5 ed è conforme allo stato della tecnica.

4 Wasserrechtsgesetz – Legge sul diritto di sfruttamento delle risorse idriche 5 Trinkwasserverordnung – Regolamento in materia di acqua potabile

5


1.3 L’APPROCCIO INTERNAZIONALE

Il bilancio idrico è lo strumento fondamentale per poter valutare l’efficienza di un sistema di distribuzione idrica. Vista l’esigenza di una terminologia comune che superasse la grande varietà di definizioni presenti nei diversi Paesi, l’IWA (International Water Association) ha istituito al suo interno la Water Loss Task Force, un gruppo di studio formato da 200 partecipanti provenienti da 35 Paesi dei cinque Continenti. Il lavoro della task force è riassunto nel documento “Losses from Water Supply System: Standard Terminology and

Recommended Performance Measures” del 2000.

Tale documento contiene in particolare uno schema metodologico standardizzato per la valutazione del bilancio idrico relativo ai sistemi acquedottistici. Tale schematizzazione è ripresa e citata in diversi altri documenti e studi di settore e può considerarsi come lo standard metodologico di riferimento nel panorama internazionale.

È da osservare che la schematizzazione IWA è sostanzialmente sovrapponibile, individuando le opportune corrispondenze, con quella indicata dalla normativa nazionale italiana.

Volumi in ingresso

Perdite idriche Consumi autorizzati

reali apparenti non fatturati fatturati

neg

li al

lacc

iam

enti

nei

ser

bat

oi (

ten

uta

e s

fio

ri)

nel

le r

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zio

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isu

rati

mis

ura

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no

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isu

rati

mis

ura

ti

Acqua non fatturata Acqua fatturata

Figura 1.2: Componenti del bilancio idrico secondo IWA

Le principali componenti del bilancio idrico proposte dall’IWA e sintetizzate in Figura 1.2 sono:

Volume immesso in rete: è il volume annuo immesso nella rete idrica;

Consumi autorizzati: è il volume annuo (misurato e/o non misurato) prelevato dai clienti autorizzati; comprende l’acqua esportata verso altri sistemi idrici, l’acqua utilizzata per motivi di servizio e le perdite a valle dei contatori degli utenti;

Acqua non fatturata: è la differenza tra volume immesso in rete e consumi autorizzati fatturati ed è costituito da consumi autorizzati non fatturati e da perdite idriche;

6


Perdite idriche: è la differenza tra volume immesso in rete e consumi autorizzati ed è costituito dalla somma di perdite reali e perdite apparenti;

Perdite reali: è il volume perso da tutti i tipi di perdita fisica della rete, compresi i serbatoi e le prese fino al contatore dell’utente;

Perdite apparenti: è il volume costituito da consumi non autorizzati e da tutti i tipi di errori di misura.

Le perdite idriche reali non possono essere eliminate completamente, ma possono essere ridotte al massimo fino ad un minimo livello fisiologico di perdita reale (Unavoidable Annual

Real Losses o UARL), che rappresenta il valore minimo di perdita reale tecnicamente raggiungibile. Il valore di Perdita Fisiologica (UARL) per ogni specifico sistema idrico può essere calcolato usando la metodologia sviluppata da Water Losses Task Force dell’IWA. I parametri necessari per il suo calcolo sono i seguenti:

Numero di prese (Nc);

Lunghezza della rete di distribuzione, in metri (Lm);

Lunghezza delle prese, tra il confine di proprietà ed il contatore dell’utente, in metri (Lp);

Pressione operativa media, in metri di colonna d’acqua (P).

La formula pratica generale dell’UARL [l/giorno], quando la rete è in pressione, è la seguente:

( ) PLNLUARL pcm ⋅⋅+⋅+⋅= 025.08.0018.0

Il rapporto tra le perdite reali annuali potenzialmente recuperabili (Current Annual Real

Losses o CARL) e le perdite fisiologiche annuali (UARL), è definito come indice di dispersione dell’infrastruttura (Infrastructure Leakage Index o ILI):

UARLCARLILI /=

Oltre che un efficace strumento diagnostico ampiamente utilizzato a livello internazionale, l’ILI rappresenta un indicatore standardizzato di qualità delle prestazioni di una rete idrica (Tabella 1.1). La Word Bank Institute ha introdotto una matrice di valutazione delle prestazioni di gestione del servizio idrico, classificate in quattro fasce in funzione dei valori dell’ILI. La valutazione dipende sia da valori assoluti (i volumi del Bilancio Idrico), sia dai principali valori specifici alla rete in esame: un medesimo volume di perdita, ma relativo a sistemi che presentano caratteristiche e complessità diverse, porta a prestazioni differenti.

Tabella 1.1: Classi di qualità della rete in base al valore dell'ILI

ILI Qualità della rete

>8 PESSIMA

4÷8 SCARSA

2÷4 MEDIA

<2 BUONA

7

Cap. 2 Metodi per la gestione delle perdite idriche

C A P I T O L O 2

M E T O D I P E R L A G E S T I O N E D E L L E P E R D I T E I D R I C H E

2.1 LINEE GUIDA

I concetti di gestione delle perdite reali consistono in un semplice e pragmatico approccio alle complesse problematiche di quantificazione e controllo delle perdite idriche. Sebbene i concetti chiave siano in se stessi relativamente semplici, essi possono essere combinati in diverse maniere e sviluppare efficaci piani e strategie gestionali (Lambert, 2002; Farley &

Trow, 2003). In particolare, è riconosciuto che le procedure di gestione delle perdite idriche sono basate su quattro componenti:

controllo attivo delle perdite;

gestione della pressione;

rapidità e qualità delle riparazioni;

piani di manutenzione.

Secondo la classificazione illustrata in Figura 2.1, le perdite si distinguono in:

Perdite Fisiologiche = UARL (Unavoidable Annual Real Losses);

Livello Economico di Perdita (Economic Level of Real Losses);

Perdite Reali Attuali = CARL (Current Annual Real Losses).

Il volume delle Perdite Reali Annue (CARL) per un sistema di distribuzione è rappresentato dal rettangolo grande in rosso (Figura 2.1). Il volume di perdite reali annue più basso tecnicamente raggiungibile è rappresentato dal rettangolo più piccolo (in giallo), chiamato UARL. Il volume UARL può essere calcolato specificatamente per ogni singolo acquedotto. Normalmente non è economicamente conveniente raggiungere il valore di UARL, in quanto il Livello Economico delle Perdite Reali normalmente si trova tra il valore attuale CARL e quello più basso tecnicamente raggiungibile UARL (rettangolo arancione).

Il volume CARL, sebbene tenda a crescere al manifestarsi di nuove perdite e rotture e con il deterioramento nel tempo del sistema di distribuzione, può essere contenuto e ridotto da una combinazione dei quattro approcci definiti in precedenza e descritti di seguito. Infatti, sebbene la Figura 2.1 appaia statica, la gestione delle perdite reali è una battaglia continua per limitare la tendenza delle Perdite Reali (CARL) ad aumentare nel tempo.

8


Figura 2.1: I quattro modi per gestire le perdite reali

Ad esempio, a seguito di un programma basato sui quattro approcci precedentemente definiti, la gestione delle perdite avrà dei miglioramenti identificati in Figura 2.2 da una riduzione del rettangolo rappresentante il CARL, sicuramente più prossimo al Livello Economico di Perdita. Quest’ultimo potrebbe essere raggiunto e mantenuto integrando il programma di controllo attivo delle perdite con lo sviluppo di strategie di gestione delle pressioni.

Figura 2.2: Riduzione delle perdite reali a seguito di un piano di gestione delle perdite

Perdite Reali

Velocità e qualità delle riparazioni

Controllo attivo delle perdite

Gestione della

pressione

Piani di

manutenzione

Perdite Fisiologiche

Livello economico di perdita

Perdite Reali

Velocità e qualità delle riparazioni

Controllo attivo delle perdite

Gestione della

pressione

Piani di

manutenzione

Livello economico di perdita

Perdite Fisiologiche

9


2.1.1 Controllo attivo delle perdite

Le strategie di gestione delle perdite idriche possono essere di due tipi:

Controllo Passivo o Reattivo

Controllo Attivo

Il Controllo Passivo delle perdite è una procedura attraverso la quale la perdita d’acqua viene affrontata solo dopo che la stessa è diventata evidente. La perdita evidente è, per la maggior parte delle volte, segnalata dall’utenza a causa dei disservizi creati (bagna il manto stradale, allaga scantinati, causa cali di pressione ecc.).

Viceversa, il Controllo Attivo si riferisce ad un insieme di procedure e misure adottate come regolare attività dal personale dedicato alla gestione tecnica dell’infrastruttura per monitorare, riparare e mantenere un livello di perdite prestabilito. In questo modo, la perdita viene affrontata prima che venga alla luce (perdita occulta o di sottofondo).

2.1.2 Gestione della pressione

Un’ulteriore strategia utile a ridurre il volume di acqua persa è rappresentata dal controllo ottimale delle pressioni in rete. Il fenomeno delle dispersioni idriche è regolato dalla relazione che intercorre tra la portata di perdita (qi**) e la pressione di esercizio (pi):

qi** = c ∙ piβ

dove c e β sono il coefficiente e l’esponente di perdita. È evidente che ridurre le pressioni permette di diminuire, esponenzialmente, i volumi persi. A ciò bisogna aggiungere il vantaggio di sottoporre la rete a sollecitazioni minori, riducendo così anche la frequenza del verificarsi di nuove rotture.

Nelle Figure 2.3 e 2.4 sono riportate due diverse tipologie di perdite: in alta e in bassa pressione.

Figura 2.3 : Perdita idrica in alta pressione

10


Figura 2.4 : Perdita idrica in bassa pressione

2.1.3 Velocità e qualità delle riparazioni

Un altro elemento importante è la velocità con cui le perdite vengono localizzate e riparate. Il volume disperso da una perdita (Figura 2.5) è il prodotto della portata per il tempo che intercorre tra la nascita e la riparazione della perdita. Questo tempo è costituito da tre componenti principali:

Tempo di Conoscenza (C): il tempo che intercorre tra la nascita e la consapevolezza della presenza della perdita;

Tempo di Localizzazione (L): è il tempo necessario per la localizzare la posizione della perdita;

Tempo di Riparazione (R): è il tempo necessario per riparare la perdita.

Figura 2.5 : Il volume disperso da una perdita in funzione del tempo

C

L

R

C L R

Tempo (giorni)

Portata della perdita (m3/giorno)

Alta portata / Breve durata

Bassa portata / Lunga durata

11


Una perdita di grande entità è solitamente affrontata mediante operazioni di pronto intervento, pertanto il tempo che intercorre tra la conoscenza e la riparazione è minimo. Ipotizzando, ad esempio, che una perdita di 150 m3/giorno (pari a 1,5-2,0 l/s) venga riparata in tre giorni, il volume perso equivale a meno di 500 m3.

Al contrario una piccola perdita occulta eroga pochi decimi di litro al secondo e permane anche per anni prima che diventi evidente e venga segnalata. Ad esempio, una fuga di 20 m3/giorno (circa 0,2 l/s) che persiste 365 giorni in rete genera un volume perso pari a 7.300 m3.

2.1.4 Piani di manutenzione

Infine, è possibile definire dei programmi di manutenzione e riabilitazione della rete che prevedano interventi mirati, basati su una precisa conoscenza delle rotture (anche su base statistica), del loro valore ed del grado d’efficienza operativa.

Uno strumento importante in questo senso è la costruzione e l’implementazione di un database degli impianti, e di piani di manutenzione che possano consentire di individuare gli elementi più critici, di fornire i dati necessari per la progettazione di nuove opere e di individuare gli interventi di miglioramento tecnico ed economico da realizzare.

2.2 QUANDO ATTUARE UNA POLITICA DI CONTROLLO PERDITE?

Se il Controllo Passivo delle perdite non è la soluzione ideale dal punto di visto del risparmio idrico, il punto essenziale della questione per ciascun gestore del servizio idrico è se, dal punto di vista prettamente economico, conviene utilizzare una squadra dedicata alla ricerca e riparazione delle fughe o se conviene semplicemente reagire ai disservizi segnalati dalle utenze quando l’entità della fuga è tale da venire percepita e segnalata dall’utenza. In altre parole la domanda fondamentale cui ogni gestore cerca risposta è: come conviene gestire le perdite idriche? Ogni quanti mesi/anni bisogna svolgere un servizio completo di ricerca?

Una corretta politica di riduzione delle perdite non può prescindere da un’analisi costi-benefici che ne avalli un ritorno in termini anche economico-finanziari. La scelta di una strategia rispetto ad un’altra, o la stessa necessità di intervenire, dipende da un lato dal valore dell’acqua persa, ossia dal costo delle perdite, e dall’altro dal costo degli interventi necessari al contenimento delle dispersioni.

Il costo delle perdite idriche cresce in modo proporzionale con il livello di queste. Il costo degli interventi di contenimento delle perdite è funzione delle metodologie adottate, ma è accertato che, man mano che si riduce il livello di perdite, lo sforzo finanziario richiesto per una riduzione ulteriore aumenta in maniera asintotica (Figura 2.6).

Risulta evidente come il controllo attivo delle perdite sia una strategia fondamentale per una buona gestione del servizio idrico

I costi totali hanno un minimo in corrispondenza del punto d’intersezione delle due funzioni: questo punto rappresenta il livello economico di perdita, ossia l’obiettivo da

raggiungere da ciascun gestore

12


Co

sti

Portata di perdita (l/s)

Costi delle perdite

Costi di riparazione delle perdite

Costi totali

Figura 2.6 : Individuazione del livello economico di perdita

Infatti, la riduzione delle perdite al di sotto del livello economico di perdita non è impossibile, ma non è economicamente conveniente. Anche un livello di perdita superiore è antieconomico, in quanto i costi delle perdite sono maggiori ai costi di riduzione delle stesse.

Attraverso la definizione del livello economico di perdita, si comprende perché è più opportuno parlare di controllo o gestione delle perdite idriche piuttosto che di eliminazione: in ogni rete idraulica esistono delle perdite che di fatto non sono eliminabili. Si parla di perdita fisiologica di una rete di distribuzione idropotabile, come di un valore limite di convenienza tecnico-economica di contenimento delle fughe idriche, esso è generalmente assunto intorno al 10% dell’acqua immessa in rete.

Gestire le perdite significa determinare quale sia la quantità di risorsa che fisiologicamente è accettabile che venga perduta, definire il valore di perdita

economicamente più conveniente e, sulla base di questo riferimento, programmare le attività di controllo perdite

13

Cap. 3 L’esperienza di AMGA Azienda Multiservizi S.p.A.

C A P I T O L O 3

L’ E S P E R I E N Z A D I A M G A A Z I E N D A M U LT I S E V I Z I S PA

3.1 L’ACQUEDOTTO DI UDINE

Figura 3.1: La rete idrica di Udine

La produzione idrica per l’acquedotto a servizio del comune di Udine è garantita attraverso un sistema di fonti tra loro integrate e complementari. Principalmente l’acqua deriva dalla Piana di Sant’Agnese, a nord dell’abitato di Zompitta (Comune di Reana del Rojale) e viene trasferita a gravità ai serbatoi della città di Udine attraverso una rete di adduzione composta da 3 condotte di acciaio e ghisa sferoidale dal diametro variabile di 500 e 600 mm. Per avere una pressione e una quantità d’acqua equamente distribuite, la città di Udine è circoscritta da un anello di ghisa sferoidale di diametri variabili tra i 300 e i 600 mm ed avente lunghezza complessiva di 15 km. Ad integrazione dell’acqua ricavata dalle sorgenti di Zompitta, sono presenti ad Udine 4 pozzi tubolari che prelevano, all’occorrenza, acqua ad una profondità che varia dai 40 ai 60 m. L’acqua viene accumulata durante le ore di minor consumo in 5 serbatoi (4 pensili e 1 interrato) aventi un volume complessivo di circa 10.000 m3, restituendola alla rete distributrice nelle ore di maggior richiesta. AMGA fornisce circa 12/13 milioni di metri cubi d’acqua a circa 24.000 utenti per una popolazione servita di circa 100.000 abitanti. In Figura 3.1 è schematizzata la rete idrica della città di Udine: le linee fucsia identificano le adduttrici, quelle verdi l’anello e quelle nere la rete di distribuzione; i cerchi rossi indicano i pozzi, mentre quelli blu identificano i serbatoi.

14


Le acque prelevate dalla Piana di Sant’Agnese e dal sottosuolo del Comune di Udine, sono immesse nella rete che comprende la linea adduttrice (42 km), l’anello cittadino (15 km) e la linea di distribuzione (351 km), per un totale di 408 km di rete.

Come evidenziato in Figura 3.2, la rete di distribuzione del comune di Udine è costituita prevalentemente da tubazioni di ghisa sferoidale (146 km), a seguire fibronit (97 km), ghisa grigia (88 km), PEAD (13 km), ferro/acciao (7 km). Per quanto concerne i diametri, la rete di distribuzione è costituita prevalentemente da tubazioni aventi diametro DN 60 mm, a seguire DN 100, DN 80 e DN 150 mm (altri diametri sono presenti in percentuali minori).

Figura 3.2: Suddivisione rete distributiva in base al materiale (figura a sinistra) e al diametro

(figura a destra) dei tubi

Relativamente all’anno di posa delle tubazioni della rete distributiva, la maggior parte di esse è stata posata negli anni ’50, a seguire anni ’60 e ’80 (Figura 3.3). Le tubazioni più vetuste risultano quelle di ghisa grigia, le quali costituiscono quasi la totalità delle condotte posate ante anni ’50. Negli anni ’50 e ’60 è stata posata la maggior parte delle condotte in fibronit, mentre a partire dagli anni ’70 è la ghisa sferoidale il materiale più utilizzato, sebbene a partire dalla fine degli anni ’90 il materiale utilizzato per la posa di nuove tubazioni è il PEAD.

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0

10

20

30

40

50

60

70

80

< anni '20 anni '20 anni '30 anni '40 anni '50 anni '60 anni '70 anni '80 anni '90 > anni '90

km p

osa

ti

PEADFIBRONITGHISA GRIGIAACCIAOFERRO BITUMINATOFERRO ZINCATOGHISA SFEROIDALE

Figura 3.3: Suddivisione rete distributiva in base all’anno di posa delle condotte

3.2 CAMPAGNA DI RICERCA PERDITE 2012

Uno dei principali obiettivi di AMGA all’interno del Progetto GAP-UK è ottenere una rapida riduzione delle perdite idriche attraverso l’impiego di una innovativa metodologia che permetta la riduzione dei tempi necessari per l’esecuzione del servizio. A tal proposito AMGA ha effettuato, tra giugno e dicembre 2012, una campagna di ricerca perdite programmata. Tale lavoro può essere riassunto in quattro fasi:

1. Analisi preliminare della rete e dei punti di accesso alla stessa;

2. Prelocalizzazione mediante monitoraggio acustico (noise logger);

3. Localizzazione puntuale della perdita;

4. Verifica di congruenza mediante impiego dei noise logger.

3.2.1 Analisi preliminare

Questa fase preliminare consiste nell’analisi della cartografia con l’individuazione dei punti di accesso utili per l’indagine di prelocalizzazione, nel pattugliamento delle aree da analizzare con particolare attenzione ad eventuali riscontri già visivi delle perdite e nel controllo dell’effettiva accessibilità alla rete nei punti di interesse.

3.2.2 Prelocalizzazione

Si è effettuata un’attività di prelocalizzazione di tutta la rete accessibile mediante la disposizione di appositi noise logger, strumenti in grado di “ascoltare” i rumori che si propagano lungo le tubature e che sono potenzialmente riconducibili a perdite d’acqua. Scopo di questa fase di lavoro è individuare le aree critiche che presentano elevata probabilità di perdita.

16


Operativamente i noise logger vengono semplicemente appoggiati alla rete idrica che si vuole analizzare sfruttando la presenza di pozzetti o aste di manovra, a mezzo di una calamita che permette la perfetta adesione alla condotta o ad uno dei suoi pezzi speciali. La strumentazione apre una finestra di registrazione notturna durante la quale vengono raccolti i dati di intensità e frequenza di rumore presenti in rete. Ultimata la registrazione, viene fornito mediante un algoritmo interno un risultato decodificato che individua la tipologia (perdita o normale emungimento) e l’entità del rumore.

In qualche punto della rete si è affinata questa fase di prelocalizzazione mediante auscultazione con geofono con asta d’ascolto, ad ulteriore controllo del risultato riscontrato con i noise logger posati.

3.2.3 Localizzazione puntuale

Per ogni tratto di rete segnalata come potenzialmente soggetta a perdita in fase di prelocalizzazione, è stata eseguita un’analisi mediante correlatore6. L’individuazione di alcuni picchi di rumore circoscrive le zone “rumorose” ottimizzando la precisione della fase di localizzazione, raffinata ulteriormente grazie alla fase successiva di ascolto con il geofono. Necessaria in questa fase è la conoscenza di materiale, diametro e lunghezza di ciascun tratto in analisi.

Il correlatore consente, tramite l’impiego di opportuni filtri, un’analisi di coerenza che porta alla scelta più opportuna delle frequenze di ascolto su cui basare l’analisi di ciascun tratto. La correlazione consentirebbe l’individuazione precisa delle perdite lungo tratti di condotta (precisione sub metrica), però la presenza di discontinuità in rete spesso crea dei disturbi che portano ad una più o meno lieve traslazione dei picchi di rumore nel grafico: per questo si rende necessaria la fase finale di auscultazione con il geofono per individuare il punto preciso di localizzazione della perdita.

Si rende necessario l’uso esclusivo del geofono laddove la rete è priva di punti di accesso necessari per effettuare la posa dei noise logger o per l’uso del correlatore.

3.2.4 Verifica di congruenza

A completamento del lavoro, è stata effettuata nuovamente la posa dei noise logger per operare una verifica di congruenza fra le misure del rumore effettuate in presenza di perdite idriche e dopo le operazioni di riparazione delle stesse. I risultati di questa fase finale portano a identificare eventuali nuove perdite non segnalate in precedenza, perché coperte da perdite più rumorose, o ad individuare nuove perdite che si sono venute a creare/incrementare a seguito dell’innalzamento locale della pressione dopo la riparazione delle perdite nello stesso tratto di condotta. La loro presenza richiede quindi una ulteriore campagna di ricerca puntuale con correlatore e geofono.

6 Apposita strumentazione digitale collegata a sensori accelerometri posti agli estremi accessibili di ciascuna condotta da analizzare.

17


3.3 ANALISI DEI RISULTATI

La campagna di ricerca perdite effettuata dal 28/05/2012 al 21/09/2012, con successive verifiche dopo le riparazioni nel periodo 6÷13/12/2012, ha riguardato tutta la rete di distribuzione del Comune di Udine (351 km) e 9 km dell’anello cittadino, in quanto parte di esso non presenta punti di accesso. Le condotte adduttrici non sono state oggetto di monitoraggio.

Il successivo grafico di Figura 3.4 evidenzia lo stato di accessibilità della rete idrica, indicando la percentuale di rete prelocalizzata mediante noise logger e quella analizzata esclusivamente tramite geofono. Quest’ultima percentuale, molto bassa, indica la presenza di numerosi punti di accesso alle condotte (pozzetti, idranti, ecc.), tipico di reti concentrate tutte attorno ad un nucleo urbano ben definito, qual è il caso di Udine.

Figura 3.4: Modalità di prelocalizzazione

Nella Tabella 3.1 sono riportati i risultati del servizio svolto. Complessivamente la campagna di ricerca perdite ha portato all’individuazione di n. 118 perdite, di cui 104 riscontrate effettivamente sul campo in sede di riparazione.

Tabella 3.1: Resoconto attività della campagna di ricerca perdite a Udine

Lunghezza rete idrica analizzata (km) 360

Numero noise logger posati 1.263

Numero correlazioni effettuate 176

Numero di perdite segnalate totali 118

Numero di perdite riscontrate in sede di riparazione 104

Numero di perdite visibili segnalate 23

Numero di perdite occulte segnalate 95

GEOFONO 7%

NOISE LOGGER 93%

18


Durante la fase di prelocalizzazione, sono stati posati in tutto 1.263 noise logger ricoprendo un totale di 317 km di rete. In Figura 3.5 si riporta la schematizzazione dei risultati delle registrazioni notturne, che hanno portato alla segnalazione di numerose fonti di rumore potenzialmente riconducibili a perdite. Nel caso della rete di Udine e nella condizione in cui è stata analizzata, risulta evidente come la fase di prelocalizzazione consenta di escludere circa due terzi della rete dalle analisi di localizzazione.

Figura 3.5: Segnalazione perdite potenziali in fase di prelocalizzazione con noise logger

L’istogramma di Figura 3.6 mette in evidenza come i rumori potenzialmente riconducibili a perdite siano stati più presenti nella prima fase di prelocalizzazione (giugno), vale a dire nella zona più centrale del Comune di Udine.

0

5

10

15

20

25

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35

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50

28/5

/12

4/6

/12

11/6

/12

18/6

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2/7

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9/7

/12

16/7

/12

23/7

/12

30/7

/12

6/8

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13/8

/12

20/8

/12

27/8

/12

3/9

/12

10/9

/12

N°

Data

NOISE LOGGER POSATI

NOISE LOGGER CON SEGNALAZIONE DI PERDITE POTENZIALI

Figura 3.6: Confronto tra strumenti posati e rispettive segnalazioni di potenziali perdite

SEGNALAZIONE PERDITE

34%

NESSUNA SEGNALAZIONE

66%

19


Il grafico di Figura 3.7 evidenzia la posizione in cui sono state riscontrate le perdite a seguito della campagna di ricerca programmata svolta nel 2012. In rosso sono identificate le perdite localizzate sugli allacciamenti (58% del totale), in blu sono riportate le perdite riscontrate sulla rete di distribuzione (40% del totale) e in verde sono rappresentate le perdite su idranti (2%).

Figura 3.7: Analisi delle perdite in base alla posizione

Gli allacciamenti risultano molto soggetti a perdite in quanto essi sono molto superficiali e quindi sollecitati alle vibrazioni dovute al flusso stradale; inoltre essi presentano organi di intercettazione al loro interno (contatori, rubinetti, ecc.) che in alcuni casi non sono allineati alla tubazione e quindi favoriscono l’insorgere di fughe d’acqua.

IDRANTE 2 %

DISTRIBUZIONE 40 % DI CUI: 26% SU TUBAZIONE 14% SU SARACINESCA

ALLACCIAMENTO 58 % DI CUI: 28% SU TUBAZIONE 13% SU RUBINETTO D’ARRESTO 13% SU RUBINETTO DI PRESA 4 % SU COLLARE O CONTATORE

20


La figura 3.8 indica la distribuzione spaziale delle perdite riscontrate: in rosso sono identificate le perdite sugli allacciamenti, in blu le perdite sulla distribuzione ed in verde quelle su idranti.

7

6

89

11

1312

5

4

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14

1

3

2

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2 8

2 9

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3 2

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7 3

7 47 5

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8 2

83

8 4

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9 0

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9 7

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9 9

1 00

101

1 02

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1 16

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5 8

8 0

Figura 3.8: Distribuzione spaziale delle perdite sulla rete distributrice di Udine

21


Analizzando le perdite riscontrate sulle tubazioni della rete di distribuzione (Figura 3.7 – sezione in blu, escludendo le perdite riscontrate in corrispondenza delle saracinesche), è possibile fare alcune considerazione per valutare quali tubazioni della rete di distribuzione sono più soggette a perdite.

Di seguito si riportano le analisi svolte sulla base dello studio dei materiali interessati (Tabella 3.2), dei diametri maggiormente coinvolti (Tabella 3.3 e Figura 3.9) e dell’anno di posa delle condotte danneggiate presenti nella rete di distribuzione (Tabella 3.4).

L’indice unitario di perdita (definito dal rapporto tra il numero di fughe riscontrate su un determinato materiale e il numero totale di km di tubazione costituita dal materiale in esame) evidenzia che il materiale più soggetto a perdite è la ghisa grigia, seguita da fibronit e ghisa sferoidale, caratterizzati da indici nettamente minori. Le condotte di ghisa grigia risultano vetuste in quanto posate prevalentemente negli anni ’20 e ’30 (Figura 3.3) pertanto, a causa dell’età, presentano un elevato tasso di fallanza.

Tabella 3.2: Analisi delle perdite nella rete di distribuzione in base al materiale dei tubi

Materiale N° fughe % Tot km N° fughe/km

Ghisa grigia 21 83 87,6 0,24

Fibronit 4 13 97,2 0,04

Ghisa sferoidale 1 4 145,8 0,01

Valutando l’indice definito dal rapporto tra le fughe riscontrate su un determinato diametro e il numero totale di km di distribuzione costituita da tubazioni aventi il diametro in esame, si nota che il diametro più soggetto a perdite è il DN 50 mm, seguito dal DN 300 mm.

Pur non essendo il DN 50 mm il diametro maggiormente presente nella rete di distribuzione esso è molto soggetto a perdite in quanto la maggior parte delle condotte aventi tale diametro (65%) è stata posata antecedente gli anni ’50 e quindi risulta vetusta. Il DN 300 mm è un diametro posato prevalentemente prima degli anni ’50 pertanto tale diametro è caratterizzato da un indice di perdita consistente in quanto caratteristico di condotte vetuste.

Tabella 3.3: Analisi delle perdite nella rete di distribuzione in base al diametro dei tubi

Diametro (mm) N° fughe % Tot km N° fughe/km

300 2 4 14,1 0,14

150 3 9 44,6 0,07

100 5 22 74,2 0,07

80 4 17 60,1 0,07

60 10 39 87,6 0,11

50 2 9 13,2 0,15

22


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

< 1950 1950÷1980 > 1980

km p

osa

ti

periodo di posa

ALTRO

300 mm

250 mm

200 mm

150 mm

100 mm

80 mm

60 mm

50 mm

Figura 3.9: Analisi delle fughe nella rete di distribuzione in base al diametro dei tubi e del relativo anno di posa

Analizzando infine l’indice definito dal rapporto tra le fughe riscontrate su condotte posate in un determinato anno e il numero totale di km di distribuzione costituita da tubazioni posate nell’anno in esame, si nota le tubazioni maggiormente soggette a perdite sono quelle posate negli anni ’40. Accorpando i dati relativi al periodo antecedente gli anni ’50, si può evidenziare che le condotte più vetuste sono le più soggette a perdite e ciò è già stato precedentemente confermato dall’analisi dei materiali maggiormente coinvolti da fughe rapportati all’anno di posa degli stessi (Tabella 3.2 e Figura 3.3).

Tabella 3.4: Analisi delle perdite nella rete di distribuzione in base all’anno di posa dei tubi

Anni posa N° fughe % Tot km N° fughe/km

< anni ‘30 10 43 39,6 0,26

anni ‘30 4 13 24,8 0,16

anni ‘40 4 13 6,9 0,58

anni ‘50 2 9 72,4 0,03

anni ‘60 6 22 51,3 0,12

anni ‘70 0 0 36,2 /

anni ‘80 0 0 47,3 /

anni ‘90 0 0 42,0 /

> anni ‘90 0 0 30,5 /

23


Il grafico di Figura 3.10 definisce la tipologia delle perdite rilevate a seguito della campagna di ricerca programmata svolta nel 2012: si denota che circa la metà delle perdite sono dovute a corrosione, a seguire, si hanno perdite per rotture trasversali, per premisoppa di saracinesche che non garantiscono la tenuta e su giunti.

CORROSIONE52%

GIUNZIONE15%

PREMISTOPPA SARACINESCA

13%

ROTTURA TRASVERSALE

17%

ALTRO3%

Figura 3.10: Analisi perdite in base alla tipologia

Il grafico di Figura 3.11 evidenzia, infine, il tipo di intervento effettuato in rete a seguito dell’individuazione delle perdite: si evidenzia che la maggior parte delle perdite sono state riparate, mentre parte dei tubi o organi intaccati sono stati sostituiti.

PARZIALMENTE SOSTITUITO

7%

RIPARATO46%

SOSTITUITO44%

ALTRO3%

Figura 3.11: Analisi perdite in base all’intervento effettuato

24


3.4 ANALISI DEL RECUPERO IDRICO

3.4.1 Confronto tra i MNF (Minimum Night Flow)

La metodologia più utilizzata per il controllo dell’integrità della rete idrica è la misura continua della Portata Minima Notturna (MNF). Il metodo consiste nell’installare idonei misuratori di portata, che rilevino i volumi d’acqua che defluiscono durante la notte. In un orario compreso tra mezzanotte e le quattro, il consumo da parte delle utenze risulta minimo e pressoché costante e le perdite idriche incidono maggiormente sulla portata in ingresso nella rete di distribuzione.

Analizzando i dati storici della rete di distribuzione, è possibile calcolare i valori del MNF prima e dopo la campagna di ricerca perdite.

Tabella 3.5: Portate minime notturne dell’acquedotto udinese

Data Portata [l/s]

06/02/2012 2:30 215,3

12/07/2012 3:00 214,5

22/11/2012 2:45 164,7 10/12/2012 2:20 164,0

Il fatto che a febbraio e a luglio 2012 il MNF è il medesimo significa che tra le 2:00 e le 3:00 di notte la variabilità dei consumi legata alla stagionalità non influisce in maniera sensibile.

In Figura 3.12 si riporta un grafico che illustra la variazione dei flussi immessi in rete comparando le due curve di carico della rete in due giornate tipo, prima (6 febbraio 2012) e dopo (22 novembre 2012) le riparazioni delle perdite identificate. Nelle valutazioni grafiche ed analitiche a causa dell’incertezza di misura di alcuni sistemi di misura delle portate (al di sotto di certe soglie) si considerano come non realistici i valori minimi di portata (MNF) che si hanno nell’intorno delle ore 4:00 e più realistici quelli nell’intorno delle ore 2:30 – 3:00.

0

100

200

300

400

500

600

700

0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 15.00 18.00 21.00 0.00

Q (

l/s)

ora

Flusso immesso in rete dopo le riparazioni

Flusso immesso in rete prima delle riparazioni

MNF

Figura 3.12: Comparazione flussi immessi in rete prima e dopo la riparazione delle perdite

Nella Tabella 3.5 sono riportati i MNF relativi a due diverse giornate precedenti al periodo di riparazione delle perdite (effettuate tra l’inizio di agosto e la fine di ottobre 2012) e a due giornate seguenti: si evidenzia che la portata minima notturna è direttamente proporzionale alla quantità di perdite idriche.

25


A campagna di ricerca perdite e riparazioni concluse, i risultati ottenuti si possono quindi dire più che soddisfacenti in considerazione del fatto che il MNF comparato tra prima e dopo le riparazioni dimostra un recupero nelle ore notturne di circa 50 l/s. Considerando un limite di confidenza cautelativo sulla misura della portata del 10%, si ottiene una stima di 45 l/s.

Ciò significa, da una prima stima, un risparmio nell’ordine di circa 1,4 milioni di m3/anno di risorsa, che corrispondono a circa 0,8 milioni di kWh/anno di energia necessaria per i pompaggi (circa 150.000 €/anno).

3.4.2 Bilancio e indici

Di seguito (Tabella 3.6) si riporta il confronto tra il Bilancio Idrico del 2011 e un Bilancio Idrico basato sull’ipotesi di mantenere il livello di perdita pari a quello immediatamente successivo alla campagna di ricerca e riparazione perdite, per 365 giorni consecutivi.

Tabella 3.6: Bilancio Idrico prima e dopo la campagna di ricerca perdite a Udine

Anno di osservazione 2011 -

Durata del periodo di osservazione 365 giorni 365 giorni

PR: popolazione residente servita 99.627 ab. 99.627 ab.

L: lunghezza complessiva rete 407,299 km 407,749 km

A02: volume d'acqua prelevato dall'ambiente 8.294.922 m3 6.881.478 m3

A07: volume prelevato da altri sistemi 4.040.055 m3 4.040.055 m3

A08: volume consegnato ad altri sistemi 0 m3 0 m3

A09: Volume ingresso alla distribuzione (A02+A07-A08)

12.334.977 m3 10.921.533 m3

A10: Volume misurato acqua consegnata 8.842.478 m3 8.842.478 m3

A12: Volume perso per manutenzione e servizi 26.055 m3 26.055 m3

A13: Volume perso per disservizi 0 0

A14: Volume sottratto 0 0

A15 :Volume perso in distribuzione (A09-A10-A12-A16)

2.666.444 m3 1.253.000 m3

A16: Differenze di volume per errori strumentali 800.000 m3 800.000 m3

A17: Volume totale perduto (A13+A14+A15+A16) 3.466.444 m3 2.053.000 m3

A19: Volume immesso nel sistema (A02+A07) 12.334.977 m3 10.921.533 m3

A20: Volume fatturato 9.948.587 m3 9.948.587 m3

P3: Indice perdite in distribuzione (A15/A09) 22% 11%

R5: Rapporto Finanziario (A20/A19) 0,81 0,91

I1: indice lineare perdite totali (A17/L) 8,51 m3/m 5,04 m3/m

I3: indice lineare perdite in distribuzione (A15/L) 6,55 m3/m 3,07 m3/m

26


Con riferimento agli indici indicati nel Capitolo 2, in Tabella 3.7 sono stati calcolati i valori delle perdite (reali, apparenti e fisiologiche) e dell’ILI per l’anno 2011 e per l’ipotetico periodo successivo.

Tabella 3.7: Indici di Performance prima e dopo la campagna di ricerca perdite a Udine

Dall’analisi delle Tabelle 3.6 e 3.7 appare evidente quanto un risparmio dell’ordine di 1,4 milioni di m3/anno pesi all’interno del Bilancio Idrico. Il livello delle perdite reali si dimezza, passando da un valore del 22% all’11%. Entrambi questi valori sono al netto delle perdite apparenti (A16), che sono stimate pari a 800.000 m3 a causa della vetustà del parco contatori idrici.

Viceversa, analizzando le perdite in termini di acqua non fatturata si passa da valori dell’ordine del 28% a valori del 19%. Il volume di acqua non fatturato risulta ancora piuttosto elevato, in quanto è dato dalla somma delle perdite reali e di quelle apparenti. Il valore delle perdite recuperabili è passato da oltre 2 milioni di m3 a circa 850.000 m3, a fronte di circa 250.000 m3 di perdite inevitabili.

L’indice di performance ILI conferma i notevoli miglioramenti apportati allo stato di esercizio della rete idrica: prima della campagna l’ILI aveva valori prossimi a 10, evidenziando una qualità molto bassa della rete, mentre il valore attuale è indice di una qualità soddisfacente.

3.5 CONFRONTO DI ESPERIENZE

Il Progetto GAP-UK ha permesso ad AMGA di acquisire nuove competenze in materia di ricerca di perdite idriche. In questo paragrafo viene effettuato un confronto tra la storica metodologia di prelocalizzazione delle perdite idriche, mediante tecnica del consumo zero, e la nuova metodologia, basata sulla misurazione e analisi del rumore che si propaga lungo la rete di condotte. Le successive fasi di correlazione e localizzazione puntuali sono invece caratterizzate dall’uso dei medesimi metodi e strumentazioni. Tale confronto è stato condotto considerando tre diversi aspetti:

Analisi delle differenze metodologiche;

Analisi dell’efficacia;

Analisi dei costi.

2011 _

Perdite Reali (CARL) 2.507 m3 x 103 1.115 m3 x 103

Perdite Fisiologiche (UARL) 257 m3 x 103 257 m3 x 103

Perdite Recuperabili (CARL-UARL) 2.250 m3 x 103 858 m3 x 103

Perdite Apparenti 6,7% del volume (A09) 7,6% del volume (A09)

Acqua non fatturata 28,3% del volume (A09) 19% del volume (A09)

ILI 9,8 4,3

27


3.5.1 Analisi delle differenze metodologiche

Il metodo di prelocalizzazione mediante tecnica del consumo zero (o della portata a consumo minimo) consiste nella suddivisione fisica della rete in piccoli distretti al fine di individuare eventuali perdite idriche mediante la misura dei flussi in ingresso. Innanzitutto, la rete viene suddivisa in zone circoscritte mediante la chiusura di vari organi di intercettazione. Successivamente l’acqua viene prelevata da un idrante situato all’esterno dell’area di interesse e viene immessa, attraverso tubazioni flessibili, ad un idrante situato all’interno della zona di misurazione.

La grandezza di tali zone dipende dal numero di edifici e di consumatori approvvigionati. In zone urbane interne, soggette ad una densa edificazione, le zone di misurazione vengono selezionate per esperienza, con una lunghezza delle tubazioni tra 1 e 2 km; in zone extraurbane, invece, vengono selezionate zone aventi una lunghezza delle tubazioni di 5 km e oltre, in funzione della densità degli allacciamenti domestici. Il numero delle saracinesche da manovrare dipende da vari fattori, in prima analisi è proporzionale al livello di magliatura della rete. Ad ogni modo lo sforzo richiesto per mappare le portate su tutto l’acquedotto è considerevole.

Prima di procedere alla misurazione dei flussi, viene controllata l’ermeticità delle saracinesche mediante test della pressione. Infine, nel raccordo a tubo flessibile si inserisce provvisoriamente un registratore di portata: in tal modo viene misurata e registrata tutta l’acqua consumata dagli utenti o fuoriuscente dalle tubazioni a causa di perdite.

Questa metodologia può essere applicata solo a porzioni limitate di rete, sia perché è necessario circoscrivere il bilancio ad una zona sufficientemente ristretta da poter considerare i consumi nulli, sia per gli inevitabili disservizi che la chiusura delle saracinesche può provocare alle utenze. In assenza di prelievi e in assenza di perdita, la differenza di portata d’acqua misurata ai due idranti deve essere pari a zero, tenendo in considerazione una piccola tolleranza. La durata minima di ogni misura per ottenere dati attendibili è di 15-20 minuti.

A conclusione dell’esperienza svolta negli anni passati si può riassumere che la misura mobile dell’afflusso in distretti di piccola entità ha il vantaggio di permettere una quantificazione delle singole portate di perdita, cosa che non è possibile effettuare mediante la metodologia di analisi del rumore in rete (in quest’ultimo caso i recuperi idrici possono essere quantifichi come volumi totali). Di contro, la tecnica del consumo zero presenta lo svantaggio di dover operare soprattutto durante le ore notturne, mentre la prelocalizzazione mediante noise logger svincola completamente da queste necessità. Inoltre, la misurazione delle portate d’afflusso nei distretti parte dal presupposto della possibilità di sezionamento completo della rete tubiera, ma nella realtà dei fatti è particolarmente difficile sapere se e quali possano essere le saracinesche che garantiscono una completa tenuta. Ciò si traduce in possibili disservizi all’utenza, misurazioni non congruenti e, nella migliore delle ipotesi, in un allungamento dei tempi per completare il servizio (Tabella 3.8).

Effettuare la ricerca perdite mediante tecnica del consumo zero su 300 km a Udine significa:

Controllare 218 distretti

Manovrare più di 1.300 saracinesche

28



Tecnica del consumo zero

Vantaggi Svantaggi

Misura della portata di ciascuna perdita Lunghi tempi lunghi di esecuzione

Rischi (cantieri, sicurezza, disservizi, ecc.)

Lavoro notturno

Costi

Nell’autunno del 2012 sono state effettuate delle misurazioni mobili degli afflussi su alcune porzioni della rete su cui era stata preventivamente eseguita la prelocalizzazione delle perdite mediante l’analisi del rumore. Scopo delle misurazioni era effettuare una comparazione tra i risultati ottenuti dai noise logger e quelli ottenibili mediante la storica tecnica del consumo zero.

Sono state misurate le portate di afflusso in 4 settori, già utilizzati per le misurazioni mobili dell’ultima campagna di ricerca fughe 2007-2009. Nei primi tre settori la prelocalizzazione mediante noise logger non aveva evidenziato alcuna zona di probabile perdita, mentre il quarto distretto era caratterizzato dalla presenza di due perdite idriche. I risultati delle misurazioni sono sintetizzati nella Tabella 3.9.


Data Durata Settori Lunghezza Saracinesche Perdite Portata

27/09/12 30’ 1 1.073 m 1 0 0,00 m3/h

27/09/12 29’ 2 2.135 m 4 0 0,02 m3/h

19/10/12 20’ 3 2.949 m 4 0 0,09 m3/h

28/09/12 28’ 4 994 m 5 2 0,25 m3/h

19/10/12 30’ 4 1.611 m 6 1 0,16 m3/h

Dalle prime 3 righe riportate in Tabella 3.9, è possibile notare come le misure di portata siano praticamente nulle in tutti e tre i distretti dove la campagna di analisi del rumore non aveva evidenziato alcuna perdita. Viceversa nel settore 4 erano state identificate due perdite e, in accordo con ciò, la portata in ingresso nel distretto misurata il 28/09/12 risultava positiva e pari a 0,25 m3/h. La misurazione è stata ripetuta a seguito della riparazione di una delle 2 fughe (in quanto la seconda non è stata effettivamente riscontrata in rete) e si evidenzia, in effetti, una riduzione di portata notturna.

Come nota a margine, è utile sottolineare che i materiali delle condotte nei suddetti distretti sono vari e rappresentativi dell’eterogeneità della rete (ghisa sferoidale, ghisa grigia, ferro zincato, fibronit).

29


3.5.2 Analisi dell’efficacia

I grafici di Figura 3.13 evidenziano la posizione in cui sono state riscontrate le perdite a seguito delle ultime due campagne di ricerca programmata, condotte rispettivamente mediante analisi elettroacustica (2012) e mediante tecnica del consumo zero (2007-2009): si denota che circa metà delle perdite coinvolge solitamente la distribuzione e le saracinesche in essa comprese (blu), mentre circa l’altra metà coinvolge gli allacciamenti e i rubinetti di presa o arresto presenti all’interno di essi (rosso). L’allineamento dei dati riscontrati nelle ultime due campagne di ricerca perdite, effettuate con diversi sistemi di prelocalizzazione, denota che entrambe le metodologie utilizzate risultano efficaci e portano a risultati analoghi.

Figura 3.13: Analisi delle perdite in base alla posizione

DISTRIBUZIONE 40 % DI CUI: 26 % SU TUBAZIONE 14 % SU SARACINESCA

IDRANTE 2 %

Campagna 2012

ALLACCIAMENTO 47% DI CUI: 28 % SU TUBAZIONE 9 % SU RUBINETTO D’ARRESTO 10 % SU RUBINETTO DI PRESA

DISTRIBUZIONE 52 % DI CUI: 30 % SU TUBAZIONE 22 % SU SARACINESCA

IDRANTE 1 %

Campagna 2007-2009

ALLACCIAMENTO 58 % DI CUI: 28 % SU TUBAZIONE 13 % SU RUBINETTO D’ARRESTO 13 % SU RUBINETTO DI PRESA 4 % SU COLLARE O CONTATORE

30


Per poter analizzare le zone maggiormente interessate da perdite, di seguito si riporta un’analisi statistica che evidenzia la posizione delle perdite riscontrate nelle ultime due campagne di ricerca perdite programmata. Per poter classificare geograficamente le fughe, la rete idrica della città di Udine è stata suddivisa in 5 settori, riportati in Figura 3.14.

Figura 3.14: Suddivisione della rete in settori

SETTORE 5

SETTORE 2

SETTORE 3

SETTORE 1

SETTORE 4

31


Dalla Tabella 3.10 si evince che, considerando il numero di fughe rapportato ai km di rete di distribuzione presenti in ciascun settore, le condotte con più alti tassi di rottura si trovano nei settori 1 e il 2.

Tabella 3.10: Analisi zone maggiormente interessate da perdite idriche

Campagna 2012 Campagna 2007-2009

Settore N°

fughe Tot km

distribuzione N°

fughe/km Settore

N° fughe

Tot km distribuzione

N° fughe/km

1 17 48 0,35 1 22 48 0,46

2 36 93 0,39 2 40 93 0,43

3 18 65 0,28 3 27 65 0,42

4 7 45 0,16 4 10 45 0,22

5 26 100 0,26 5 35 100 0,35

TOT 104 351 TOT 134 351

Questo dato è confermato anche dall’analisi dei dati rilevati dai noise logger posati all’inizio della campagna di ricerca del 2012: gli strumenti posati nelle prime due settimane di lavoro (collocati nell’area centrale della città di Udine e nella zona del settore 2 limitrofa alla zona nord del settore 1) presentano percentuali di segnalazioni di potenziali perdite superiori al 50%, indice di una rete fortemente in sofferenza (Figura 3.6).

Ciò è dovuto all’elevata percentuale di presenza di tubazioni vetuste e soprattutto al funzionamento idraulico della rete. Il serbatoio del Castello di Udine, posto nel cuore del centro storico (settore 1), ha la funzione di invasare acqua durante le ore notturne per restituirla di giorno, quando i consumi sono maggiori, ed è connesso alla distribuzione mediante un’unica tubazione (DN 300), che funge sia da ingresso sia da uscita dalla vasca, esattamente come un serbatoio di estremità. Per svolgere questa funzione pulsante di compenso, è in esercizio un impianto di sollevamento di 25 kW, necessario per vincere la pressione di rete e svuotare le vasche (dalle 8:00 alle 22:00). Lo svuotamento di un serbatoio mediante pompaggi è un funzionamento sicuramente anomalo ed è dovuto ad una piezometrica non ottimale, che si è venuta a creare con l’espandersi della città di Udine e le successive modifiche dell’acquedotto.

Le conseguenze di questa anomalia sono essenzialmente di due tipi:

1. Aumento delle perdite; 2. Aumento dei consumi energetici.

Se da un lato l’eliminazione della pompa garantirebbe da subito un recupero netto di 80.000 kWh/anno (pari a circa 15-20.000 €/anno), dall’altro permetterebbe di avere un regime di pressione migliore: meno soggetto a repentine variazioni e mediamente più basso. In effetti, ogni qual volta la pompa inizia/arresta la marcia, le pressioni nella zona centrale e nelle zone che circoscrivono il settore 1 di Figura 3.14 subiscono un aumento /diminuzione di 1,5 bar. Questi continui sbalzi di pressione causano notevoli sollecitazioni e aumentano il tasso di fallanza delle condotte (è noto infatti che la frequenza degli eventi di perdita risulti molto più influenzata dai transitori di pressione, che dai valori medi di pressione di esercizio). In definitiva, è possibile intervenire con un controllo delle pressioni a partire dall’analisi del modello idraulico.

32


3.5.3 Analisi dei costi

Innanzitutto è possibile sintetizzare i costi di una campagna di ricerca fughe programmata, mediante tecnica del consumo zero, analizzando i dati dei servizi svolti a partire dal 1997.

Nelle Tabelle 3.11 e 3.12 sono riportati rispettivamente i costi del servizio esterno e i costi del personale operaio interno, in relazione alla campagna di ricerca fughe mediante tecnica del consumo zero.

Tabella 3.11: Analisi costi servizio esterno mediante tecnica del consumo zero

Campagna Costo Servizio [€] Costo Unitario [€/km ] Costo Unitario

Rivalutato [€/km ]

1997/1998 45.015 135 183

2000/2001 49.781 149 190

2007/2009 49.802 150 163

Media 179

Considerando che la campagna di ricerca fughe programmata ad oggi è svolta su un totale di 360 km di rete, che il costo unitario a km è pari mediamente a 179 €, che di norma le fughe individuate sono un centinaio e che il prezzo a corpo della fuga individuata è pari a 20 €, il servizio costa mediamente 66.440 €.

Bisogna inoltre considerare i costi interni, relativi al personale operaio che affianca costantemente la ditta esecutrice:

Tabella 3.12: Analisi costi interni mediante tecnica del consumo zero

Campagna Addetti Unità mobile Giorni lavorati Costo Totale Rivalutato [€]

1997/1998 2 1 147 81.171,86

2000/2001 2 1 167 92.481,21

2007/2009 2 1 158 87.654,96

Media 157 87.102,68

In definitiva, il costo aziendale totale con prelocalizzazione mediante tecnica del consumo zero è, rivalutandolo ad oggi:

Costo Totale = Costo Servizio + Costi Interni ≈ 150.000 €

33


Nella Tabella 3.13 sono invece riportati i costi del servizio esterno e i costi del personale operaio interno, in relazione alla campagna di ricerca fughe mediante prelocalizzazione con strumentazione acustica.

Tabella 3.13: Analisi costi campagna ricerca perdite 2012

Campagna Costo Servizio Esterno [€]

Costi Interni [€]

2012 52.480 10.000

Nel 2012 il servizio di ricerca fughe mediante l’uso dei noise logger, svolto su un totale di 360 km di rete, è costato 52.480 € (pari a 140 €/km più un prezzo a corpo della fuga individuata pari a 20 €).

In definitiva, il costo aziendale totale con prelocalizzazione mediante analisi elettroacustica è:

I costi legati al servizio mediante tecnica del consumo zero sono nettamente maggiori rispetto ai costi del servizio svolto mediante noise logger. In particolare, la differenza metodologia incide in maniera notevole sui costi aziendali legati al personale operaio a supporto della ditta esterna

Per calcolare il risparmio introdotto da un cambiamento metodologico della ricerca perdite, è necessario analizzare i costi non di una singola campagna di ricerca perdite, bensì i costi di gestione su un tempo di ritorno più ampio, ad esempio decennale. Effettuare la campagna ricerca perdite con tecnica del consumo zero ogni 4 anni (storica procedura AMGA) corrisponde a un costo totale di circa 380.000 €, mentre effettuare la campagna ricerca perdite con analisi elettroacustica ogni 2 anni ha un costo totale di circa 280.000 €: i costi si riducono di quasi il 30% a fronte di un raddoppio in termini di efficacia.

Costo Totale = Costo Servizio + Costi Interni ≈ 60.000 €

34


3.6 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

Tra gli obiettivi del Progetto vi erano:

1) Sviluppo di una nuova metodologia di ricerca perdite basata sull’uso di noise logger (Fase Sperimentale);

2) Studio del Bilancio Idrico prima e dopo la Fase Sperimentale; 3) Studio e proposta di “Linee Guida Gestionali” per il mantenimento di minimi

livelli di perdita.

Nei precedenti paragrafi è stata descritta l’innovativa metodologia di ricerca fughe, confrontata anche con la metodologia utilizzata storicamente, nonché i risultati in termini di recupero e bilancio idrico.

Per quanto riguarda le “Linee Guida Gestionali” per il mantenimento dei livelli minimi di perdita, è necessario (vedi Capitolo 2) determinare il livello economico di perdita, definito come l’obiettivo da raggiungere al fine di minimizzare i costi di gestione delle perdite. Esso si basa sulla conoscenza della curva dei costi di contenimento delle perdite (la cui ricostruzione è complicata, in quanto dipende da una molteplicità di fattori, quali il tipo di terreno, il materiale delle condotte, l'estensione della rete, il tipo di zona urbana, ecc.).

In questo paragrafo si propone una procedura di supporto alla gestione tecnica in merito alla frequenza ottimale con cui effettuare le campagne programmate di ricerca fughe. In questo modo, le Linee Guida non derivano da considerazioni basate sull’esperienza, né da un approccio puramente teorico, ma dall’utilizzo e dall’analisi dei dati e misure di cui ciascun ente gestore dispone.

La Figura 3.15 illustra l’andamento delle perdite idriche (Q) nel tempo (t): ogni campagna di ricerche fughe riporta il valore delle perdite idriche al minimo, ossia pari al valore delle perdite recuperabili. I livelli di perdita medi in rete sono associati alla frequenza (t) con cui si effettuano le ricerche perdite. L’attuale andamento delle perdite idriche associato a campagne effettuate mediamente ogni 4 anni (t° pari a 48 mesi) è indicato in nero, mentre il livello di perdita raggiungibile a fronte di una ricerca ogni t* mesi è indicato in rosso.

Po

rtat

a (Q

)

Perdite recuperabili

Nuovo livello di perdita

Attuali livello di perdita

t°t* tempo (t)

Figura 3.15: Individuazione del nuovo livello economico di perdite

A partire da quest’analisi grafica, come si può definire il nuovo livello di perdita da raggiungere? Il livello di perdita blu può essere calcolato a partire da considerazioni economiche: ipotizzando di ripetere una campagna di ricerca fughe analoga a quella del 2012 e considerandone quindi invariati costi, la prossima campagna ricerca fughe dovrà

35


essere effettuata non appena il costo del volume perso (V*) eguaglierà il costo di esecuzione del servizio (60.000 €). Ipotizzando un costo di produzione pari a 0,13 €/m3, V* corrisponde a circa 460.000 m3.

Portata (Q)

Q°

Q*

t* tempo (t)

V*

Figura 3.16: Individuazione della frequenza ottimale di esecuzione del servizio di ricerca programmata delle perdite idriche, t*

In Figura 3.16 è evidenziato in maniera schematica l’andamento, lineare e crescente, delle portate minime notturne (MNF) in assenza di interventi specifici di gestione delle perdite. I MNF sono direttamente proporzionali all’entità delle perdite idriche. Dal momento in cui la portata Q° (MNF ottenibile non appena si conclude una completa campagna di ricerca e riparazione delle fughe) passa a Q*, il volume perso coincide con V*.

L’intervallo t* rappresenta la frequenza ottimale per minimizzare i costi di gestione delle dispersioni idriche.

Il livello di perdita della rete è un valore medio compreso tra Q° e Q*.

È possibile sintetizzare le “Linee Guida Gestionali” nel seguente modo:

� Se t < t*

o Bassi valori di perdita

o Elevati costi di gestione delle perdite (è anti-economico effettuare una campagna di ricerca fughe: costi del servizio > benefici economici associati)

� Se t = t*

o Valori di perdita in equilibrio con i costi di gestione

o Minimi costi di gestione delle perdite

� Se t > t*

o Alti valori di perdita

o Elevati costi di gestione delle perdite (costi di produzione > costi del servizio)

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In definitiva, sebbene sia impossibile determinare con esattezza il tasso di crescita delle perdite in rete, è possibile monitorare l’andamento dei minimi notturni (MNF) e calcolare il momento opportuno in cui eseguire una campagna di ricerca di dispersioni.

In conclusione, la disponibilità e, soprattutto, l’analisi continua dei dati di portata telecontrollati permetterebbe non solo una quantificazione a posteriori del recupero idrico ed energetico, ma soprattutto di valutare lo stato di funzionamento della rete e l’evoluzione delle perdite idriche. Bisogna sottolineare che tale procedura non prevede piani di investimento e/o interventi sulla rete, ma è basata sull’uso di una serie di dati che ciascun gestore possiede.

Monitorare costantemente i minimi notturni permette di mantenere il livello minimo di perdite, massimizzando il risparmio di risorsa idrica ed energia

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Cap. 4 L’esperienza di STW Klagenfurt AG

C A P I T O L O 4

L’ E S P E R I E N Z A D I

S T W K L A G E N F U R T A G

4.1 INTRODUZIONE

4.1.1 Definizione dei compiti

L’intento del progetto è quello di sviluppare metodi innovativi per il riconoscimento automatico delle perdite che possano venire applicati a prescindere dalle diverse tipologie di rete e dai diversi materiali utilizzati per la realizzazione delle condutture. Una delle premesse alla base dei compiti così definiti è che per il monitoraggio delle perdite le grandi tubazioni reticolari non vengano suddivise in zone di misurazione più piccole e separate sotto il profilo idraulico. Il modello prevede il rilevamento dei dati di misurazione nella rete idrica, con i metodi di misurazione attualmente disponibili (portata, pressione, rumorosità, ecc.) e l’elaborazione dei dati raccolti in modelli matematici di nuova concezione. In questo modo di volta in volta si potrà rappresentare la situazione effettiva all’interno della rete idrica. Questo modello matematico sarà poi comparato con l’analisi idraulica dettagliata della rete idrica che costituisce la condizione ideale nelle reti compatte. Le differenze riconoscibili dalla sovrapposizione di questi due modelli dovrebbero indicare i punti di perdita nella rete.

4.1.2 Obiettivi Questo metodo punta ad agevolare il riconoscimento tempestivo delle perdite all’interno della rete idrica e di conseguenza a consentire la repentina riparazione dei punti che presentano danni. L’obiettivo a lungo termine del progetto è il monitoraggio permanente e automatizzato delle perdite nelle tubazioni reticolari, affinché possa essere assicurata la gestione ecosostenibile delle falde acquifere.

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4.2 ATTUALI METODI DI LOCALIZZAZIONE DELLE PERDITE

Scopo della localizzazione delle perdite è la rilevazione e l’esatta individuazione delle dispersioni all’interno della rete idrica, per poter procedere successivamente con la riparazione dei punti danneggiati. Il rilevamento statistico dei danni costituisce il presupposto per lo sviluppo di strategie tempestive finalizzate al rinnovamento della rete idrica e di conseguenza alla conservazione della qualità delle reti acquedottistiche. I classici metodi di localizzazione delle perdite di rete sono l’impiego di strumenti acustici di localizzazione delle perdite e l’analisi delle perdite idriche mediante tecnica del consumo zero.

4.2.1 Localizzazione acustica delle perdite L’acqua che fuoriesce a causa delle dispersioni dà origine ad un particolare rumore nel punto di perdita. Il tipo di rumore dipende dal materiale delle condutture, dalle dimensioni della perdita, dalla pressione dell’acqua e da altri fattori. Questo metodo è particolarmente adatto in caso di materiali metallici, mentre invece nel caso di materiali plastici il suo impiego è alquanto limitato. In base all’andamento di sviluppo del rumore si può individuare il punto di dispersione, tuttavia non si può rilevare il volume dell’acqua in fuoriuscita. In fase di localizzazione delle perdite si devono eliminare quanto più possibile tutti i rumori ambientali di fondo, di qualunque natura e origine. Ciò spiega perché questi lavori spesso possano essere eseguiti solo durante le ore notturne. I diversi strumenti elettro-acustici di localizzazione delle perdite rilevano i rumori nelle condotte con l’ausilio di microfoni ad alta sensibilità. Amplificatori e filtri elettronici aggiuntivi possono sopprimere entro determinati limiti i rumori di disturbo e di conseguenza percepire le gamme di frequenza specifiche della dispersione in corso. L’intensità del rumore raggiunge l’apice nelle immediate vicinanze del punto di perdita.

4.2.2 Analisi delle perdite idriche mediante tecnica del consumo zero Questo procedimento, diversamente dal metodo di localizzazione acustica delle perdite, può essere impiegato con condutture realizzate con qualunque tipo di materiale. Nell’analisi delle perdite idriche si procede con lo sbarramento di un piccolo segmento (1-2 km) della rete. Attraverso apposite condotte provvisorie l’acqua viene quindi immessa nel settore di rete così isolato. Si procede monitorando il consumo idrico mentre nel frattempo, a causa del numero relativamente ridotto di utenti nel distretto isolato, i consumi dovrebbero diminuire sensibilmente fino ad azzerarsi quasi completamente, il che prova la perfetta tenuta stagna del distretto isolato. Se i consumi non si azzerano va necessariamente tenuto conto della presenza di una perdita idrica. Questo procedimento di monitoraggio può essere applicato nelle zone di rete ad ampio raggio solo durante le ore notturne, ovvero nel periodo in cui si regista il minore consumo idrico.

4.3 NUOVO METODO: MODELLO MATEMATICO DI MONITORAGGIO DELLA RETE

I modelli idraulici simulati al computer offrono un nuovo tipo di approccio per un metodo economicamente efficiente e sostenibile, finalizzato al riconoscimento e alla riduzione delle dispersioni. Tali modelli si fondano sulla misurazione di parametri idraulici e sulla calibratura di un modello idraulico già esistente. Il modello di monitoraggio della rete si basa su una zona

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di misurazione chiaramente definita e sulla campagna di misurazione per il rilevamento dei dati relativi ai valori di pressione, portata e rumorosità. L’approccio teorico di questo modello è rappresentato dal bilancio idrico in ogni nodo della rete idrica, composto dai più svariati tipi di volumi idrici erogati in base alla Figura 4.1. Per il modello matematico e per la gestione della rete sono rilevanti in prima linea le perdite idriche reali. Il modello parte dal presupposto che in ogni nodo di rete si presenti un punto di equilibrio tra i parametri (Figura 4.2).

qi Volume erogato a pagamento

qi* Volume erogato a titolo gratuito qi** Perdite idriche reali pi Pressione

Consumo a pagamento misurato

Consumo a pagamento non misurato

Consumo a titolo gratuito misurato

Consumo a titolo gratuito non misurato

Scarti del contatore ed errori in fase di rendicontazione

Perdite dovute a imprecisioni di misurazione nel contatore

Emungimento non autorizzato

Condotte di alimentazione

Serbatoio

Reti acquedottistiche

Condotte di allacciamento fino al contatore

Alimentazione di sistema

Qsvs

Volume idrico

erogato

Volume erogato a

pagamento

Volume idrico

fatturato

Volume erogato a

titolo gratuito

Volume idrico non fatturato QNRWPerdite

idriche

Perdite apparenti

Perdite idriche reali

QVR

Figura 4.1: Tipologia di consumo del bilancio idrico (ÖVGW W63)

Figura 4.2: Parametri nel nodo i al momento t

Parametri di perdita nel nodo (i) al momento (t)

qi → Richiesta qi* → Richiesta non registrata qi** → Perdite pi → Pressione

qi

pi

qi* qi**

40


Le perdite rientrano nella tipologia dei volumi idrici erogati in funzione della pressione e vengono modellate come flusso-emettitore:

qi** = c ∙ piβ

dove qi** è la perdita dovuta a una dispersione nel nodo i, pi è la pressione nel nodo i, β è

l’esponente (ipotesi β=0,5) e c il coefficiente-emettitore (coefficiente di perdita). La quantità di queste perdite per trafilamento è direttamente proporzionale alla pressione di esercizio. Nell’idraulica le dispersioni vengono dunque definite come consumi in funzione della pressione. Una riduzione della pressione porta ad una diminuzione diretta delle perdite per trafilamento (Figura 4.3).

Figura 4.3: Rapporto tra pressione (pi) e portata della dispersione (qi**)

La realizzazione di un modello matematico di monitoraggio della rete si sviluppa nelle seguenti quattro fasi:

1. Stesura del modello della rete esistente (non calibrato) 2. Installazione ed esecuzione del rilevamento dati all’interno della rete (campagna di

misurazione) 3. Ricalibratura del modello idraulico con i dati rilevati 4. Monitoraggio della rete con il modello calibrato

Durante la fase 1, con l’ausilio di tutti i parametri necessari (materiali, consumo, pressione, portata), dal piano GIS viene redatto un modello idraulico non calibrato. Durante la fase 2 viene selezionata un’area di prova chiaramente definita a cui fanno seguito le rispettive campagne di misurazione per il rilevamento dei dati relativi alla pressione e ai valori di portata. Durante la fase 3 vengono bilanciati e ravvicinati i valori reali del modello di rete non calibrato e i valori teorici dei parametri analizzati, risultanti dal rilevamento dei dati. Tale operazione matematica di ricalibratura del modello di rete viene effettuata ricorrendo agli algoritmi genetici del Darwin Calibrator. La fase 4 prevede la comparazione continua tra i dati di portata, pressione e consumo e i dati del modello calibrato, il che consente di monitorare la rete per ricercare e localizzare i potenziali punti di dispersione. I valori reali dell’analisi idraulica già esistente della rete idrica vengono bilanciati e ravvicinati ai valori teorici dei parametri analizzati, risultanti dal rilevamento dei dati. Questa ricalibratura dell’analisi idraulica della rete idrica e il confronto tra i dati di consumo

qi**= c · pi β

β = 0,5 ÷ 2,79

qi**

pi

β = 2,5

β = 1 β = 0,5

41


relativi alla portata permette di determinare le dispersioni all’interno della rete. Il modello in oggetto potrebbe funzionare con i dati online e consentire un monitoraggio permanente della rete. Partendo dalle esperienze acquisite nell’area di prova, il modello potrebbe trovare applicazione sull’intera rete idrica.

4.3.1 Area di prova di “Welzenegg” La prima fase di sviluppo del modello di monitoraggio della rete è rappresentata dalla definizione univoca dell’area di progetto, che andrà determinata tenendo conto delle condizioni quadro e di tutti i parametri idraulici. L’area di progetto deve, laddove possibile, essere isolabile e costituire una chiara zona di approvvigionamento. Per l’area di prova (Figura 4.4) sono stati scelti 35 dei 400 km totali dell’area di progetto, che sono stati poi definiti come area rappresentativa. Questi 35 km di area rappresentativa comprendono l’area di prova nella zona di approvvigionamento di Welzenegg. Fa parte della zona chiave di Klagenfurt, che comprende circa 400 km di rete idrica. Nel caso dell’area di prova di Welzenegg, si tratta di un settore che presenta condotte realizzate con materiali misti, prevalentemente in materiali plastici, non metallici, ed è rappresentativa per l’intera zona chiave di Klagenfurt. La situazione iniziale dei dati per il modello idraulico costituiva il piano GIS della zona di approvvigionamento. Il modello idraulico evidenzia tutti i dati di base, come ad esempio il tipo di materiale e il diametro nominale, nonché i dati idraulici relativi alla portata e alla pressione. Il modello GIS è stato trasferito nel programma idraulico Epanet, per l’analisi e la simulazione con conseguente successiva calibratura. All’interno del modello Epanet è stata isolata la zona corrispondente alla campagna di misurazione e riprodotto l’afflusso, comprensivo delle valvole di regolazione, con le sue specifiche caratteristiche, le quali sono state rilevate con l’ausilio dei dati misurati. I campioni dei consumi e della portata diurna (pattern), così come i dati di misurazione della pressione, confluiscono anch’essi nel modello, il quale riflette la realtà con tutti i parametri richiesti. Viene così resa possibile la necessaria simulazione virtuale. In questo modo si può descrivere la condizione effettiva del modello idraulico.

Figura 4.4: Area di prova di Welzenegg

42


In base alla definizione dell’area di prova rappresentativa, gli strumenti di misurazione e di comando vengono selezionati in funzione dei parametri idraulici presenti per la campagna di misurazione. Quest’ultima viene effettuata per rilevare tutti i parametri idraulici, come ad esempio i valori di pressione e di portata, indispensabili per la calibratura del modello idraulico esistente e quindi per il monitoraggio della rete a lungo termine. Contemporaneamente si ricorre anche all’impiego di logger acustici per riuscire a scoprire se nel modello si possano elaborare anche i valori misurati. Sono state stabilite sia le tempistiche per la campagna di misurazione che gli intervalli per il rilevamento dei dati. Nell’area di prova la rete idrica è collegata ai rimanenti settori di rete mediante 11 condotte. Un numero così elevato di collegamenti rende più difficile l’attività di monitoraggio del sistema, necessaria per la campagna di misurazione, perché nel corso della misurazione si devono tenere monitorati tutti i bacini attivi di afflusso e di deflusso dell’area di prova. Dopo avere testato le diverse varianti idrauliche è stata stabilita la chiusura di 10 condotte e l’approvvigionamento dell’intera area di prova solo attraverso una condotta di alimentazione con la relativa strumentazione provvisoria di misurazione e di comando. In questo modo non si dovrebbero creare disservizi, né per gli utenti né per la gestione della rete.

4.3.1.1 Installazione degli strumenti di misurazione nella condotta di alimentazione

Sulla base dei parametri idraulici, come condotta di alimentazione è stato scelto l’anello sud, poiché presenta una capacità di portata sufficientemente elevata grazie alla tubazione DN 300 mm. Per l’installazione degli strumenti di misurazioni prescritti, si è dovuto ingrandire il pozzetto interrato di alloggiamento valvole già esistente. Gli strumenti di misurazione sono stati dotati di alimentazione elettrica e di un sistema automatizzato di trasmissione dati allo scopo di garantire la lettura permanente dei dati. Strumenti di misurazione installati (Figura 4.5):

• Flussometro DN 200 (Figura 4.6) con trasmissione dati GPRS e alimentazione elettrica esterna

• Valvola di regolazione di pressione DN 200 con misurazione di pressione e trasmissione dati GPRS

• Filtro DN 200

• Saracinesca DN 300/200

• Dispositivo di trasmissione dati

Figura 4.5: Installazione del pozzetto per la condotta di alimentazione

43


Figura 4.6: Rappresentazione grafica online del flussometro (SCADA)

4.3.1.2 Installazione degli strumenti di misurazione - Area di prova

Per il rilevamento dei dati di misurazione nell’area di prova hanno trovato impiego 3 tipologie di strumenti di misurazione (Figura 4.7):

• Logger di pressione

• Logger acustico

• Flussometro

Per la misurazione di pressione, nell’area di prova sono stati installati in totale 25 datalogger. Gli strumenti di misurazione sono stati montati sugli idranti esistenti, a seconda delle specifiche realtà locali. Per la trasmissione dei dati è stato utilizzato lo strumento della lettura a distanza. Per il rilevamento dei rumori indicanti la presenza di una perdita sono stati installati 35 logger acustici nei pozzetti di alloggiamento valvole. La lettura e la trasmissione dei dati a un server dedicato avvengono automaticamente mediante GPRS. Per poter verificare il comportamento di consumo dei singoli utenti in relazione alla portata nella condotta di alimentazione centrale, sono stati montati contatori a ultrasuoni in 15 unità allacciate alla rete acquedottistica. Per la trasmissione dei dati è stato utilizzato lo strumento della lettura a distanza.

Uscita analogica

44


Figura 4.7: Punti di installazione degli strumenti di misurazione nell’area di prova

4.3.2 Ricalibratura del modello idraulico con i dati rilevati 4.3.2.1 Analisi dei dati di base

Anno di costruzione

La distribuzione cumulativa degli anni di costruzione mostra che il 50% delle condotte sono state realizzate negli anni successivi al 1975 (Figura 4.8).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1920

1925

1930

1935

1940

1945

1950

1955

1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

2015

Per

cen

tual

e c

um

ula

tiv

a [

%]

Anno di costruzione [anni]

Figura 4.8: Distribuzione cumulativa delle condotte esaminate in funzione dell’anno di costruzione

45


Suddivisione in funzione dei materiali

PVC40%

GHISA GRIGIA

23%

FIBRONIT17%

GHISA SFEROIDALE

12%

PEAD7%

ACCIAIO1%

Figura 4.9: Suddivisione in funzione dei materiali delle condotte esaminate

Suddivisione in funzione del diametro nominale

Il 58% delle condotte di rete possiede un diametro nominale DN 100 e DN 150. Le tubazioni più piccole presenti in rete hanno diametro nominale DN 25.4, mentre il diametro più grande è il DN 600. Le tubazioni con il diametro nominale più grande e più piccolo in assoluto coprono rispettivamente lo 0,20% dell’intera rete distributiva (Figura 4.10).

DN 10038%

DN 15020%

DN 8011%

DN 2006%

DN 3005%

DN 2504%

DN 50.84%

DN4003%

DN 5002,6%

DN 1251,8%

DN 38.11,5%

DN 500,9%

DN 31.750,3%

DN 1600,2% DN 25.4

0,2%

DN 6000,2%

RESTO1,3%

Figura 4.10: Suddivisione in funzione del diametro nominale delle condotte esaminate

Nelle condotte esaminate, i materiali utilizzati più frequentemente sono il PVC e la ghisa grigia, che assieme si aggiudicano una quota del 63%. Con PVC, fibronit e PEAD, 2/3 della rete idrica risultano formati da materiali non metallici, il che comporta un considerevole aggravamento nella localizzazione delle perdite (Figura 4.9).

46


Suddivisione in funzione dei danni

L’analisi dei danni distingue 28 diverse categorie di danneggiamento. Per l’esatta strutturazione del volume di dati, di norma i danni vengono suddivisi in otto categorie. Nel caso in esame, il 70% dei danni alle tubazioni rientra nella categoria di danno “Danni diversi” (Figura 4.11). La categoria “Danni diversi” comprende tutti i danni che non possono venire definiti in maniera chiara ed univoca.

ALTRO70%

INCRINATURA CIRCOLARE12%

CORROSIONE8%

COLLEGAMENTO7%

INCRINATURA LONGITUDINALE

1,4%

INCRINATURA CAPILLARE0,6%

FUORIUSCITA DEL TUBO DALL'ELEMENTO DI

GIUNZIONE0,5%

PUNTO DI PRESSIONE0,2% ROTTURA

DELL'ELEMENTO DI GIUNZIONE

0,2%

ROTTURA CON DISTACCO DI UN ELEMENTO

ORIZZONTALE DAL TUBO0,1%

Figura 4.11: Suddivisione dei danni alle condotte esaminate con riferimento alla quantità degli stessi

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4.3.2.2 Analisi dei dati idraulici misurati

Tutti i dati idraulici rilevati durante la campagna di misurazione sono stati controllati per verificarne e valutarne la completezza e l’attendibilità.

Portata e pressione della condotta di alimentazione

Figura 4.12: Rappresentazione grafica dei dati grezzi di portata misurati sulla condotta di

alimentazione La Figura 4.13 rappresenta le misurazioni di portata quotidiane all’interno di un diagramma; i meridiani sono indicati in rosso, i quartili in blu e i valori aberranti in grigio.

Figura 4.13: Box-plot relativo alle 24 ore di tutte le misurazioni di portata della condotta di

alimentazione

48


Figura 4.14: Rappresentazione grafica dei dati grezzi di pressione misurati sulla condotta di alimentazione

Figura 4.15: Box-plot relativo alle 24 ore di tutte le misurazioni di pressione della condotta di alimentazione

49


Pressione nell’area di prova

Sulla base di un logger di pressione, vengono rappresentati a titolo esemplificativo i valori così ottenuti da tutti gli strumenti di misurazione utilizzati. Nelle Figure 4.17 e 4.18 sono rappresentati a titolo di esempio tutti i dati grezzi per l’intero lasso di tempo considerato. Il gap all’interno dei diagrammi riflette i valori misurati mancanti per l’intervallo corrispondente.

Figura 4.16: Rappresentazione grafica dei dati grezzi di pressione misurati sul logger DL0216

Figura 4.17: Box-plot giornaliero dei dati di pressione misurati sul logger DL0216

50


Figura 4.18: Box-plot relativo alle 24 ore di tutti i dati di pressione sul logger DL0216

4.3.2.3 Ricalibratura del modello idraulico con i dati analizzati

In fase di calibratura vengono valutate le differenze tra il modello matematico e i parametri misurati sul campo. Attraverso algoritmi genetici e molteplici procedimenti di calcolo ripetitivi e autoadattanti, il modello è stato avvicinato alla realtà o ricalibrato. La Figura 4.19 rappresenta i valori di modello ricalibrati della pressione (in nero) attraverso i valori di modello analizzati (in rosso) su un logger di pressione considerato come esempio. Il valore di portata ricalibrato riferito alla condotta di alimentazione è rappresentato nella Figura 4.20.

Figura 4.19: Dopo la ricalibratura dei dati di pressione, dati di modello (in nero) e dati di misurazione (in rosso)

51


Figura 4.20: Dati di modello (in nero) e dati di misurazione (in rosso) dopo la ricalibratura della portata sulla condotta di alimentazione

52


4.4 VALUTAZIONE E RAPPRESENTAZIONE DEI RISULTATI Dopo la calibratura di tutti i dati di misurazione è disponibile un modello idraulico basato su portata e pressione, che permette di commentare gli scarti dalla normale condizione reale della rete idrica. Questi scarti stanno ad indicare la presenza di potenziali perdite per trafilamento. Con l’ausilio di un sistema matematico di ottimizzazione all’interno del modello, si può dimostrare la presenza di dispersioni, che a loro volta possono essere rappresentate visivamente nel GIS e delle quali si possono definire le dimensioni. Questo metodo di ottimizzazione è stato sviluppato e implementato con gli strumenti matematici qui utilizzati (WaterCad / Bentley). La ricerca delle perdite, la loro localizzazione e la quantificazione delle relative dimensioni, formano parte integrante del processo di calibratura. Il risultato di questo modello matematico può essere rappresentato graficamente all’interno del modello di rete come distribuzione delle probabilità di possibili perdite (Figura 4.21) e funge quindi da base per l’esatta localizzazione delle perdite con i classici procedimenti di individuazione. Il vantaggio è dato dalla selezione delle potenziali zone di perdita, il che rende possibile una localizzazione delle perdite mirata e sostanzialmente più rapida e, di conseguenza, una tempestiva riparazione dei danni.

Figura 4.21: La rete nell’area di prova di Welzenegg. Rappresentazione delle perdite con isosuperficie (WaterCad / Bentley)

Probabilità di perdite: molto elevata elevata media bassa inesistente

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Dopo la simulazione matematica delle probabili zone di perdita, è stato creato anche un modello per la quantificazione dei volumi idrici fuoriusciti a causa delle perdite. Per l’area di prova di Welzenegg la mediana della portata totale nel periodo di osservazione è pari a 9,38 l/s. Come fabbisogno effettivo, secondo il modello matematico si possono ipotizzare 7,79 l/s. La differenza di 1,59 l/s sarebbe quindi da considerare come perdita per trafilamento. La Figura 4.22 mostra i volumi di perdita rilevati in un’esemplificazione di consumo giornaliero.

Figura 4.22: Quota relativa alla portata e alle perdite per trafilamento nell’osservazione complessiva

4.5 SINTESI E PROSPETTIVE: MONITORAGGIO DELL’INTERA RETE CON IL MODELLO MATEMATICO

Con l’area di prova di “Welzenegg” si può dimostrare la funzionalità di un modello matematico per il monitoraggio delle perdite sulla base di un singolo settore di rete. L’esatta analisi acustica degli hot spots di perdita localizzati con l’ausilio del modello potrà confermare i risultati in un momento successivo. I metodi tradizionali di localizzazione delle perdite sono i classici procedimenti che utilizzano gli strumenti acustici di localizzazione delle perdite. In confronto ai modelli idraulici simulati al computer, i modelli tradizionali risultano dispendiosi, sia in termini di tempo che di personale. La procedura nei procedimenti classici deve essere ripetuta in più fasi per poter localizzare i potenziali punti di perdita. Per diminuire il livello dei rumori di fondo e del rumore di flusso, le misurazioni vengono effettuate prevalentemente nel periodo di consumo minimo, ovvero durante le ore notturne. Con i tubi plastici l’impiego di strumenti acustici di localizzazione delle perdite risulta inefficiente e attuabile solo limitatamente.

54


I modelli idraulici simulati al computer, invece, costituiscono un approccio nuovo e innovativo per un metodo di monitoraggio della rete economicamente conveniente e duraturo nel tempo. Particolarmente degno di nota è il fatto che questo modello è adatto per tutti i tipi di materiali di realizzazione delle condutture. Già nella prima fase viene creato un modello di rete ricalibrato, che fungerà da base per le successive strategie di riabilitazione a lungo termine. Il modello è strutturato sull’osservazione costante delle variazioni di pressione e di portata nella rete. L’integrazione dei dati dei logger acustici, anch’essi inseriti nell’area di prova, concepita nel modello, alla fine non ha potuto essere implementata nel modello matematico. Con l’attuazione del progetto sono state acquisite importanti conoscenze per l’applicazione di nuove metodologie di monitoraggio delle reti idriche. Sono necessari ulteriori progressi per raffinare il modello e adattarlo alle specificità delle realtà locali. In particolare, per quanto riguarda l’impiego di strumenti di misurazione e il rilevamento dei valori misurati, il potenziale di ottimizzazione è ancora ampio, dato che l’alta densità di strumenti di misurazione presenti nell’area di prova dovrà prima venire adeguata all’intera rete. Nel complesso questo modello definisce nuovi standard per il monitoraggio delle perdite nelle reti idriche in cui le condotte sono realizzate con i materiali più diversi.

55

Cap. 5 L’esperienza di Carniacque S.p.A.

C A P I T O L O 5

L’ E S P E R I E N Z A D I C A R N I A C Q U E S PA

5.1 ACQUEDOTTI DELL’ALTO FRIULI

Carniacque S.p.A. gestisce il Servizio Idrico Integrato nella zona montana della provincia di Udine a partire dal 2005. Il territorio è caratterizzato da una ridotta densità abitativa e da un’elevata dispersione dei centri abitati: la popolazione residente nel 2011 contava circa 55.600 persone dislocate in 240 località, mentre le utenze di acquedotto risultano 34.142, di cui 16.380 sprovviste di contatore. Di conseguenza la rete di acquedotto risulta molto frammentata ma nel contempo piuttosto estesa (Figura 5.1): 770 km di reti di distribuzione e 500 km di reti di adduzione, con circa 300 captazioni e 500 manufatti (serbatoi, interruttori, ripartitori, ecc.). I notevoli dislivelli e la presenza di una moltitudine di sorgenti naturali garantiscono quasi ovunque un funzionamento della rete a gravità: i sollevamenti consistono in soli 20 impianti, sia per l'emungimento da falda freatica che per il rilancio a quote altimetriche elevate e superiori alle emergenze sorgentizie.

Figura 5.1: Panoramica delle reti di acquedotto e dei principali manufatti nell’area di studio

5.1 .1 Perdite nelle reti di distribuzione

In tale contesto, alcuni sistemi di misura e di telecontrollo sono stati installati solo in tempi recenti in testa ad alcune reti problematiche a servizio di centri abitati importanti. Salvo rare eccezioni, non sono nemmeno installati contatori Woltmann e le campagne di misura saltuarie sono state realizzate solo negli ultimi anni in occasione di studi o emergenze idriche su reti particolari. Considerando poi che le utenze di metà dei Comuni sono generalmente sprovviste di contatore in quanto viene adottata una tariffazione a forfait, in molti casi non si

Serbatoio Presa Adduttrice Distributrice

56


può nemmeno calcolare la differenza tra i volumi fatturati e quelli immessi nella rete, che potrebbero essere stimati come differenza tra afflussi al serbatoio e portate di troppopieno nell'ipotesi di costanza delle adduzioni.

L'entità complessiva delle perdite è pertanto difficilmente quantificabile poiché i valori a disposizione sono parziali e limitati a istanti particolari. Nei casi in cui sono stati svolti studi approfonditi, però, si è visto che tanto nei grossi centri quanto nei piccoli acquedotti l'entità dei minimi notturni è notevole, soprattutto se confrontata con le differenze tra i consumi massimi diurni ed i minimi notturni.

In Figura 5.2 è riportato il significativo esempio del serbatoio “Lots”, dal quale si diramano due tubazioni a servizio del capoluogo di Villa Santina. La zona industriale (in verde in Figura 5.2) è servita da un'altra rete di distribuzione, di conseguenza è verosimile che la quasi totalità del flusso notturno sia dovuto a perdite. Si nota come la maggior parte dell'acqua in ingresso vada persa e che basterebbero pochi litri al secondo per rifornire l'abitato se le perdite fossero contenute entro valori considerati "normali" anche per la realtà italiana (30%).

Figura 5.2: Andamento portate in ingresso e uscita dal serbatoio “Lots” (Villa Santina)

In quasi tutti gli studi e le misurazioni effettuate nelle altre reti si è osservata una situazione similare a quella del serbatoio “Lots, come riportato nella Tabella 5.1.

Po

rtat

a (l

/s)

30

0

20

10

35

5

15

25

Data

29/11/11 30/11/11 1/12/11 2/12/11 3/12/11 4/12/11

Q in ingresso al serbatoio Lots Q in uscita dal serbatoio Lots verso la zona indicata in rosso Q in uscita dal serbatoio Lots verso la zona indicata in blu

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Tabella 5.1: Analisi delle portate in ingresso (Qingresso) e in uscita (Qmin e Qmax in base all’andamento dei consumi) in alcuni serbatoi dell’Alto Friuli

Comune Rete Periodo di misura

Qingresso Qmin Qmax

l/s l/s l/s

Tolmezzo Capoluogo settembre 2012 variabile 62 -

Pontebba Capoluogo

marzo 2011 58 41 47

luglio 2012 58 45 54

Paluzza Capoluogo settembre 2010 / 15 20

Tarvisio Capoluogo dicembre 2011 30 19,5 -

Arta Terme Capoluogo marzo 2012 variabile 5 6,8

Sutrio Zona

artigianale marzo 2012 variabile 3 5,1

Paluzza Englaro luglio 2010 3,5 2,5 4,5

Tolmezzo Fusea luglio 2010 5 2,5 4,3

Sauris Sauris di Sotto luglio 2012 / 1 4,5

Resiutta Capoluogo settembre 2010 15 11,5 14

Socchieve Priuso giugno 2011 / 2 2,8

Amaro Capoluogo

settembre 2010 variabile 5,5 12

settembre 2012 / 8 15

Ovaro Muina marzo 2011 galleggiante 0,3 1,3

I principali fattori che causano guasti risultano l'errata posa in opera delle tubazioni (assenza di sabbia, saldature realizzate male, vicinanza alla fognatura e conseguente corrosione, ecc.) ed il danneggiamento dei rivestimenti durante gli scavi per la posa di altri servizi (soprattutto gas naturale e cavi di telecomunicazione).

La maggior parte delle perdite rimane occulta, in quanto spesso l'acqua persa si disperde nei sottosuoli ghiaiosi o entra in fognatura dalle giunzioni delle tubazioni senza emergere in superficie. In parte le perdite sono dovute anche al trafilamento attraverso giunti e valvole posti nei pozzetti di manovra o di utenza, esse però risultano di lieve entità o vengono individuate e riparate in tempi brevi.

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5.1.2 Incidenza economica e gestionale delle perdite

Considerato che le adduzioni hanno generalmente un funzionamento a gravità, l'entità delle perdite è praticamente ininfluente dal punto di vista economico in termini di incremento del costo di sollevamento, mentre rappresenta un problema quando le portate medie in uscita superano gli ingressi, con il conseguente svuotamento dei serbatoi e quindi l’interruzione del servizio. La presenza di un elevato baseflow di perdita annulla infatti le già ridotte capacità di modulazione dei serbatoi per cui basta l’insorgere di un nuovo guasto, anche di limitata entità, per determinare lo svuotamento delle vasche.

A ciò va aggiunto che le portate addotte dalle sorgenti subiscono cali talvolta importanti durante le magre estive ed invernali, che spesso coincidono con i picchi di consumo legati alle fluttuazioni turistiche. In tal caso la limitazione dell’entità di perdita risulta la soluzione preferibile per prevenire eventuali disservizi, rispetto alla realizzazione di captazioni di emergenza o all’integrazione di portata da falda acquifera.

Accanto a queste conseguenze “estreme” per la continuità del servizio, spesso le perdite comportano cali di pressione generalizzati nei dintorni della perdita, cedimenti stradali o infiltrazioni negli scantinati. In questi casi, generalmente, risultano necessari interventi con tempi prolungati per verificare se le cause della problematica consistono in una perdita idrica e per l’individuazione del punto di guasto.

Va infine osservato che in alcuni casi, come ad esempio per il citato caso di Villa Santina, la necessità di recuperare elevate portate in ingresso per far fronte alle perdite ha comportato negli anni ingenti investimenti per nuove captazioni e condotte di adduzione.

5.2 ESPERIENZE DI GESTIONE DEL GRADO DI PERDITA

5.2.1 Ricerca a tappeto con metodi acustici

Nei primi anni di gestione sono state svolte alcune campagne di ricerca perdite con metodi acustici tradizionali, ossia con il preascolto della presenza di rumori in punti accessibili della rete (idranti, pozzetti, ecc.) e la successiva individuazione puntuale della perdite mediante l’uso di correlatori o geofoni. I principali vantaggi di questo metodo risultano la velocità di esecuzione, in quanto si riescono a coprire reti molto estese in tempi contenuti, e la semplicità operativa, in quanto la conoscenza dei tracciati delle condotte e del funzionamento idraulico della rete può risultare piuttosto approssimata.

Tale metodologia presenta però alcuni importanti svantaggi:

- i guasti dovuti a fori o trafilamenti di ridotte dimensioni, e quindi con portate limitate, fanno parecchio rumore mentre le perdite ingenti risultano spesso poco rumorose e non vengono quindi rintracciate;

- in generale si hanno numerosi “falsi positivi”, ossia vengono individuati punti rumorosi che non rappresentano perdite (valvole parzializzate, derivazioni, curve, ecc.) e che spesso mascherano le emissioni sonore delle perdite reali;

- nel caso di reti con tubazioni in polietilene aumenta il rischio di non rintracciare la presenza di perdite, a causa della bassa trasmissività acustica delle resine;

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- spesso le tubazioni di acquedotto sono posate in adiacenza a fognature e canali interrati, per cui vi è un mascheramento dei rumori dell’acquedotto quando vi sia la presenza di deflussi continui in fognatura;

- l’esperienza e la professionalità dell’operatore che esegue i preascolti risulta vincolante per ottenere risultati soddisfacenti;

- il metodo non fornisce alcuna indicazione in merito a quali perdite, tra quelle individuate, vadano riparate per prime in relazione all’entità di acqua persa; ciò risulta particolarmente problematico nel caso di un elevato numero di perdite rintracciate, frequente in reti con forti tassi di perdita.

5.2.2 Limitazione della pressione

L'installazione di valvole di riduzione della pressione risulta una delle soluzioni più immediate ed a basso costo specifico per il contenimento del grado di perdita e viene pertanto proficuamente adottata negli acquedotti di tutto il mondo. Nei territori montani l’utilizzo di valvole di riduzione presenta però talvolta alcune limitazioni.

Un primo problema consiste nell'elevata frammentazione degli acquedotti, unita all'elevata estensione ed alla forte ramificazione delle reti di distribuzione. Risulterebbe così necessario installare molte valvole, con spese importanti se confrontate con le poche utenze da servire, oltre alla necessità far fronte ad oneri manutentivi di non poco conto.

Spesso per ottenere risultati soddisfacenti occorrerebbe poi installare valvole in cascata, con la necessità di risolvere alcuni importanti problemi tecnici. Ad esempio, il rincorrersi delle riduzioni della pressione tra i diversi dispositivi in molti casi determina l'instaurarsi di fenomeni di colpo d'ariete: l'installazione delle valvole rappresenterebbe così un danno piuttosto che un beneficio.

Un'ultima limitazione è legata all'elevata variabilità delle quote in cui sono poste le singole abitazioni. Spesso infatti l'andamento altimetrico delle reti presenta un minimo nelle zone centrali dell'abitato, mentre il serbatoio e gli estremi al lato opposto della rete sono posti alla stessa altitudine.

5.2.3 Chiusura notturna per porzioni di rete

Per far fronte ad alcuni degli svantaggi dei metodi acustici tradizionali sopra esposti, negli ultimi anni è stata utilizzata una metodologia di lavoro che permette di caratterizzare il grado di perdita dei singoli tratti di condotta. In pratica, dopo aver installato un misuratore di portata in testa alla rete, si procede alla chiusura in cascata delle saracinesche che portano acqua ai diversi rami dell’acquedotto. La differenza tra i valori misurati prima e dopo la chiusura delle saracinesche, effettuata nelle ore notturne e quindi in condizioni di verosimile assenza di consumo, rappresenta la quantità d’acqua persa.

Questo metodo permette di focalizzare l’attenzione sui tratti che presentano le perdite di maggiore entità, limitando così gli sforzi gestionali. Nel caso dell’Alto Friuli, il metodo ha permesso anche di caratterizzare compiutamente il funzionamento idraulico di alcune reti di distribuzione e di ottenere utili indicazioni sugli eventuali benefici derivanti dall’installazione di riduttori di pressione.

Oltre che per le reti di distribuzione, la metodologia è applicabile anche alle reti di adduzione ramificate, tenendo conto che in tal caso si ha generalmente una costanza delle portate transitanti nei vari rami anche nelle ore diurne. Come verrà meglio spiegato con l’esempio

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applicativo, vista l’estensione delle adduttrici ed i lunghi tempi di manovra, spesso le chiusure vanno integrate con più misure in cascata lungo i vari rami della rete. In generale la campagna di ricerca si articola nelle seguenti fasi lavorative:

1. controlli preliminari: verifica della possibilità di installare misuratori di portata in testa impianto o in punti notevoli della rete; verifica dell’aderenza alla realtà delle planimetrie riportanti lo schema della rete di distribuzione; verifica dell’accessibilità ai pozzetti e della presenza e funzionalità degli organi di manovra;

2. valutazione del grado di perdita della rete mediante installazione del misuratore di portata in testa alla rete e registrazione del flusso minimo notturno;

3. valutazione dell’entità delle perdite per tratti mediante chiusura sequenziale delle zone di rete e contemporanea registrazione delle portate passanti in testa alla rete (o in un punto notevole);

4. individuazione dell’ubicazione delle perdite mediante tracciamento della tubazione e l’uso di correlatore, geofono o gas traccianti;

5. dopo la riparazione dei guasti, controllo dell’eliminazione delle perdite mediante registrazione delle portate notturne passanti in testa alla rete e confronto tra le due situazioni.

I controlli preliminari consistono nelle verifiche necessarie a garantire che le successive operazioni possano essere condotte nei minori tempi possibili e con il migliore grado di affidabilità.

Per quanto riguarda l’installabilità del misuratore di portata in testa alla rete, la verifica va generalmente effettuata in primo luogo per la tubazione di mandata all’interno del serbatoio di carico della rete o eventualmente in pozzetti di manovra posti immediatamente a valle di quest’ultimo. In casi particolari si cerca un pozzetto di manovra o di ispezione adeguato e si vincola l’intero passaggio del flusso attraverso le tubazioni presenti in detto pozzetto. In alternativa si può procedere vincolando il passaggio del flusso attraverso misuratori di portata installati su automezzi e collegati, mediante manichette flessibili, ad idranti, scarichi o allacciamenti appositamente realizzati nei pozzetti di manovra. In casi estremi si è scelto di procedere all’installazione permanente dei misuratori mediante lavorazioni meccaniche all’interno della camera di manovra del manufatto, ovvero alla realizzazione di pozzetti dedicati immediatamente a valle del serbatoio.

Per quanto riguarda l’aderenza alla realtà delle planimetrie della rete di distribuzione, il controllo viene effettuato verificando direzioni, diametri e materiali delle tubazioni nei pozzetti di manovra e confrontando tali caratteristiche con quelle riscontrate nei pozzetti limitrofi. Durante il sopralluogo vengono inoltre verificate l’accessibilità alle manovre e la funzionalità delle saracinesche mediante prove di chiusura parziale. Purtroppo spesso il pozzetto di manovra risulta inaccessibile a causa del seppellimento dei chiusini in occasione delle nuove asfaltature, per cui occorre procedere al rintracciamento ed alla successiva messa in quota con un aggravio economico e temporale delle operazioni.

Nel caso di reti particolarmente complesse di cui si avevano scarse informazioni, talvolta è risultato necessario procedere con un accurato rilievo dell'acquedotto con successiva trasposizione dei tracciati sulla cartografia e realizzazione di documentazione fotografica, oltre alla redazione delle monografie dei pozzetti di manovra.

Al fine di valutare l’entità globale delle perdite nella rete, viene effettuata una registrazione dei valori campionati dal misuratore di portata per almeno due notti consecutive con una frequenza non inferiore ai cinque minuti: dall’analisi dei consumi notturni viene quindi

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definita la portata di perdita da rintracciare. In alcuni casi è risultato necessario ridurre notevolmente i tempi di campionamento per accertare la presenza di spillamenti istantanei ma discontinui, tipici delle vasche antincendio interrate con ingressi a galleggiante, dove solitamente non sono installati contatori.

La quantificazione dell’entità delle perdite nei tratti o zone di rete viene effettuata chiudendo le saracinesche in maniera sequenziale partendo dai rami terminali, ovvero vincolando la rete a maglie chiuse a diventare una rete a maglie aperte con opportune manovre. Come detto, l’entità della perdita viene calcolata come la differenza tra le portate misurate con il tratto rispettivamente aperto e chiuso, valutata sui valori minimi registrati durante un tempo di misura di circa 5 minuti per ogni tratto. Al fine di limitare al minimo gli errori vengono effettuate tre registrazioni: prima della chiusura, con il tratto chiuso e in seguito alla riapertura del tratto (una volta che il flusso sia ritornato stabile).

L’individuazione della posizione della perdita avviene poi con i metodi tradizionalmente impiegati (acustici o con l’ausilio di gas traccianti), quindi con le stesse problematiche definite in precedenza, limitate però ad una porzione della rete e con l'obiettivo di rintracciare almeno una perdita per ogni tratto guasto.

Risulta infine importante lasciare installato (o almeno reinstallare) il misuratore di portata in testa impianto per verificare l'efficacia delle individuazioni, ovvero procedere a nuove ricerche qualora la riparazione in un tratto non facesse calare il minimo notturno del valore quantificato con le chiusure.

5.2.4 Esempio applicativo adduzione: Acquedotto Valle del But

La rete dell'acquedotto consortile Valle del But si sviluppa per circa 35 km lungo tutta l'omonima vallata, a servizio di vari centri abitati dei comuni di Paluzza, Treppo Carnico, Cercivento, Sutrio, Arta Terme, Zuglio e Tolmezzo, con un notevole numero di diramazioni verso 19 serbatoi e direttamente in 3 reti di distribuzione.

L'opera di presa capta una sorgente carsica che sgorga ai piedi del massiccio del Plocken, ad una quota di circa 890 m s.l.m. Benché non esistano serie di misurazioni continue delle portate sgorganti dalla sorgente, è accertato che questa non va in secca nemmeno nelle magre estive ed invernali più spinte. La portata media annua si aggira intorno ai 1.000 l/s e non dovrebbe mai scendere al di sotto dei 200-300 l/s. Nell'opera di presa non sono presenti sistemi di misura delle portate emergenti o captate, né di tipo manuale né di tipo automatico; negli anni passati Carniacque ha realizzato alcune campagne di misura con strumenti di tipo clamp-on ad ultrasuoni che, nei pressi dell'opera di presa hanno fornito valori costanti pari a circa 98 l/s.

Nel suo complesso il sistema di adduzione, realizzato negli anni '60, si presenta in cattivo stato di conservazione: gli organi di manovra hanno funzionalità limitate e vi è una notevole presenza di perdite diffuse che limitano il corretto funzionamento dell'adduttrice. Una delle diramazioni è stata chiusa, in attesa del rintracciamento e della riparazione di una serie di ingenti perdite che annullavano le piezometriche dell'intero sistema. La generale vetustà delle condotte intensifica le problematiche, causando il progressivo accrescimento delle perdite esistenti o l'insorgerne di nuove nei tratti sottoposti ad elevate pressioni di esercizio o in occasione dell'attuazione di manovre. Alcuni tratti di condotta risultano poi funzionare non in pressione, sia per la presenza delle perdite sia a causa delle modifiche effettuate negli anni all'impostazione di esercizio idraulico originaria. Vi è inoltre una diffusa presenza di allacciamenti d'utenza privati alla condotta principale che non risultano censiti e che sono

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quindi fonte potenziale di ulteriori perdite e malfunzionamenti idraulici. Non sono infine presenti organi di regolazione e di misura delle portate recapitate ai singoli serbatoi, se si eccettuano alcune valvole a galleggiante di recente installazione. A tutto ciò va aggiunto il notevole grado di perdita delle reti di distribuzione servite, pari ad esempio a 20 l/s per Paluzza e 50-60 l/s per Tolmezzo.

Le adduzioni a molti dei serbatoi sono da considerarsi di emergenza, nel senso che vengono utilizzate unicamente quando risultano insufficienti gli apporti dalle adduzioni delle singole reti comunali, solitamente a causa della forte variabilità stagionale delle sorgenti al loro servizio oppure per problemi impiantistici che insorgono nella rete di distribuzione. A causa delle precarie condizioni del sistema, nei periodi di magra degli scorsi anni, in cui si è assistito ad un forte calo delle sorgenti comunali, si sono presentate svariate situazioni di emergenza idrica negli abitati serviti dall'acquedotto consortile.

Risulta quindi importante quantificare l’entità delle perdite lungo la rete ed identificare le zone dove procedere con l’individuazione dei punti di perdita. A tal fine nel febbraio del 2012, nell’ambito di una collaborazione con l’Università degli Studi di Udine, è stato realizzato un modello idraulico della rete che potesse fornire i valori teorici di portata e pressione in ogni singolo nodo dell’adduzione, di modo che dal confronto tra il funzionamento teorico e quello reale fosse possibile identificare guasti e malfunzionamenti, oltre che ottenere utili indicazioni su quali interventi sulla condotta dovessero avere la priorità.

Un’importante fase del lavoro è consistita nella taratura del modello con misure di portata e pressione in alcuni punti notevoli della rete (principali diramazioni, interruzioni piezometriche, ecc.), associate a varie manovre di chiusura e riapertura delle diramazioni.

Tali manovre, di cui un esempio è riportato in Figura 5.3, sono state effettuate per transitori di circa 30 minuti con lo scopo di caratterizzare il funzionamento idraulico del sistema, ma anche di individuare la presenza di perdite nelle diramazioni della condotta adduttrice verso i serbatoi.

Figura 5.3: Misure di portata con chiusura delle diramazioni

A partire dai risultati delle misure effettuate durante le chiusure, si è poi proceduto con l’installazione in cascata del misuratore di portata, ossia in punti notevoli consecutivi posti lungo il ramo principale della rete. Quando possibile, tale variante al metodo della chiusura in cascata è preferibile per alcune importanti motivazioni: per evitare il raggiungimento di pressioni di esercizio eccessivamente elevate che falserebbero anche il valore della portata

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di perdita; per evitare lunghi tempi morti di ritorno alle normali condizioni di funzionamento nei transitori di effettuazione delle manovre; per garantire il transito delle portate lungo le linee principali durante l’effettuazione delle campagne, visto che spesso gli elevati tassi di perdita delle reti di distribuzione annullano di fatto le capacità di compenso dei serbatoi.

Stante la costanza della portata, verificata con le precedenti misure ed assicurata con la chiusura o il bypass delle eventuali valvole a galleggiante presenti nelle diramazioni, la differenza nei valori letti agli estremi del tratto indagato forniscono la portata persa.

I risultati di tale metodologia sono limitati dalla disponibilità di adeguati pozzetti di manovra, sia in termini di numero sufficiente ad ottenere tratti di lunghezza non eccessiva, sia nel senso che devono presentare dimensioni compatibili con l’installazione delle strumentazioni.

Nella Figura 5.4 sono riportate le misurazioni effettuate lungo uno dei tratti in cui sono state evidenziate le perdite di maggiore entità, per circa 15 l/s complessivi. Una volta individuato il tratto in cui sono presenti le perdite, si procede solitamente con le normali metodologie acustiche utilizzate per l’individuazione del punto di guasto.

Figura 5.4: Misure di portata in cascata lungo le condotte adduttrici

Va sottolineato che, utilizzando la metodologia sopra riportata, è stato possibile focalizzare l’attenzione su di un tratto di rete della lunghezza di circa 3 km, pari quindi a meno del 10% del totale, con un notevole risparmio gestionale per l’individuazione dei punti di guasto. Spesso infatti, come nell’esempio sopra riportato, la ricerca risulta piuttosto difficoltosa: molte condotte adduttrici seguono tracciati passanti lungo prati e boschi, dove gli ascolti con il geofono non forniscono risultati; spesso non risulta possibile interrompere l’esercizio della condotta, indispensabile per l’effettuazione delle ricerche con gas traccianti; le distanze tra i punti di accesso alla condotta, rappresentati solitamente dai soli pozzetti di manovra, risultano superiori agli intervalli indagabili con il correlatore acustico. In tal caso si procede ad alcuni scavi intermedi, spesso con la posa di pozzetti, per effettuare ulteriori misure e restringere ulteriormente l’estensione del tratto di perdita dove focalizzare l’attenzione, per poi realizzare degli scavi propedeutici all’installazione dei sensori del correlatore.

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5.2.5 Esempio applicativo distribuzione: Tarvisio

Il Comune di Tarvisio è situato all’estremo nord-est della regione, al confine con l’Austria (valico di Coccau) e la Slovenia (valichi di Fusine e di Passo Predil). L’orografia è caratterizzata dalla presenza di rilievi montani tra i più alti della regione (il Mangart, 2.667 m; lo Jof Fuart, 2.666 m) e di valli in genere strette e profonde. Fa eccezione la Val Bartolo, dove si trovano alcune tra le più importanti infrastrutture della regione: l’autostrada A23 che collega lo svincolo di Palmanova con la rete autostradale austriaca, la strada statale n.13 “Pontebbana” che termina al confine di Coccau, la ferrovia Udine-Villaco che rappresenta uno degli assi portanti dei trasporti europei e vari metanodotti che collegano l’Italia con l’est europeo.

Il vasto territorio (circa 205 km2) è suddiviso in una decina di centri abitati, generalmente di piccole dimensioni. Il capoluogo, posto a circa 730 m s.l.m., conta invece circa 2.800 persone e la presenza di alcune realtà industriali, commerciali e turistiche (alberghi, piste da sci, campi da golf, ecc.). Stante la frammentazione degli agglomerati urbani, la rete dell'acquedotto comunale è suddivisa in svariati piccoli acquedotti a maglie aperte non collegati tra loro, alimentati da diverse sorgenti disseminate sul territorio.

La rete del capoluogo viene rifornita mediante tre distinti sistemi di adduzione di notevole lunghezza, a servizio di più serbatoi e funzionanti in alcuni tratti anche come condotte di distribuzione. Questi garantiscono un approvvigionamento medio di circa 30 l/s al serbatoio detto “Superiore”, che distribuisce l’acqua alla maggior parte dell’abitato andando continuamente in sfioro dal troppopieno. Talvolta si assiste ad un marcato calo stagionale delle sorgenti, che comporta lo svuotamento del serbatoio e quindi problemi di bassa pressione ed assenza d’acqua per le utenze poste alle quote più elevate.

In particolare nel novembre del 2011 le portate in ingresso al serbatoio hanno iniziato a calare fino a 22 l/s, con il conseguente svuotamento del serbatoio durante la giornata ed il riempimento soltanto durante le ore notturne. Si è quindi deciso di effettuare una serie di verifiche per prevenire l’intensificarsi delle problematiche con il progredire dell’inverno: ci si aspettava infatti un aumento dei consumi durante la stagione sciistica, oltre ad un ulteriore calo della portata d’acqua derivante dalle sorgenti. I sopralluoghi alle prese hanno confermato il drastico calo delle portate disponibili, mentre una campagna di misura dei flussi lungo le condotte di adduzione ha provato che non vi era la presenza di perdite rilevanti nel sistema di approvvigionamento. Si è proceduto quindi all’installazione di misuratori di portata in testa alle due distinte condotte di distribuzione, che hanno fornito dei valori di portata minima notturna rispettivamente pari a 9,4 l/s e 10 l/s. Si è deciso pertanto di effettuare una chiusura notturna a tratti dei circa 9 km di rete di distribuzione per identificare le zone dove era preferibile effettuare la ricerca perdite, in modo da rintracciare e riparare i guasti importanti nel minor tempo possibile.

Le chiusure sono state effettuate dalle 23:00 del 30 novembre alle 3:00 dell'1 dicembre, con alcune complicazioni dovute al freddo intenso (soprattutto per la difficoltà di apertura dei chiusini) e alla scarsa tenuta idraulica di alcune saracinesche. In conseguenza di ciò non è stato possibile limitare in maniera consistente la lunghezza dei tratti: la media risulta di circa 320 m, con una punta di quasi 1.200 m. Le operazioni sono state condotte da tre operatori (uno in serbatoio e due lungo la rete) in continuo contatto telefonico, gli stessi che avevano congiuntamente effettuato le verifiche preliminari. La Figura 5.5 riporta sinteticamente i risultati dell’indagine: le cifre indicano le perdite del tratto misurate in l/s, mentre sullo sfondo sono riportati gli edifici e i serbatoi.

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Figura 5.5: Entità delle perdite riscontrate nella rete idrica di Tarvisio

Innanzitutto si può notare come ci siano molti tratti che non presentano perdite, per una lunghezza complessiva di circa 3,6 km pari a quasi il 40% del totale della rete.

Dal punto di vista altimetrico la rete digrada dall'alto verso il basso e da sinistra verso destra quindi, per assurdo, nel caso di Tarvisio le condotte con una maggiore pressione di esercizio sono anche quelle che presentano perdite minori. Va inoltre sottolineato che tali tratti non sono in generale stati realizzati in tempi più recenti rispetto a quelli caratterizzati da perdite, per cui viene confermata la scarsa affidabilità della pianificazione delle sostituzioni di rete basata unicamente sui periodi di posa. D'altro canto va anche aggiunto che, durante il 2012, sono state effettuate alcune riparazioni nelle tratte caratterizzate come esenti da perdite solo pochi mesi prima, a riprova del fatto che i guasti nelle reti di distribuzione sono un inconveniente dinamico.

Nella porzione di rete con perdite si nota che i guasti risultano piuttosto distribuiti, nel senso che non ci sono tratti che presentano valori eccezionalmente elevati rispetto ad altri. Tale situazione è stata notata in tutte le reti con portate minime notturne elevate: nel corso degli anni i nuovi guasti non sono mai stati individuati e riparati con opportune campagne, fino a raggiungere un numero elevato ed una portata spesso insostenibile per le adduzioni.

Va infine osservato che la somma delle portate di perdita caratteristiche dei singoli tratti, pari a 23,3 l/s, risulta superiore ai minimi notturni registrati pari a 19,4 l/s. Questo errore del 20% è dovuto fondamentalmente alla variabilità dei consumi, che è comunque presente nella rete anche durante le ore notturne: considerando che un rubinetto aperto consuma mediamente 0,15 l/s, anche brevi spillamenti nei tempi che intercorrono tra le manovre falsano lievemente il risultato.

Un’altra importante fonte di errore è la modifica delle condizioni di flusso dalle perdite per gli aumenti di pressione conseguenti alla chiusura di tratti con perdita. Come anticipato, talvolta i transitori conseguenti alle manovre amplificano i flussi uscenti dalle perdite o ne determinano di nuove, altro motivo per cui è preferibile lasciare installato il misuratore in testa impianto. Vanno inoltre considerate le imprecisioni degli strumenti di misura e gli errori determinati dalla non perfetta tenuta idraulica di alcune saracinesche.

In definitiva i valori riportati vanno pertanto considerati con una certa approssimazione, generalmente quantificabile in 0,3 l/s, ma danno comunque utili indicazioni sul grado di perdita delle singole porzioni della rete.

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5.3 CONCLUSIONI

Nei paragrafi precedenti si è visto come la metodologia della chiusura a tratti permetta di limitare gli sforzi gestionali per l’effettuazione delle campagne di ricerca perdite, nonostante le possibili fonti di errore ed i disagi all’utenza che le manovre comportano.

Si è visto anche che, in una situazione come quella dell’Alto Friuli, la procedura di lavoro porta con sé anche alcuni benefici indiretti: la caratterizzazione e la verifica del funzionamento idraulico delle reti (di cui si hanno generalmente a disposizione informazioni parziali e spesso inesatte), la verifica della funzionalità degli organi di manovra, la messa in quota di chiusini sepolti dalle asfaltature.

Dall’esempio di Tarvisio si può facilmente intuire come le attività di ricerca perdite vengano attualmente effettuate per prevenire possibili disagi in reti considerate problematiche piuttosto che in seguito ad una vera e propria campagna programmata con l’obiettivo di ridurne l’entità, preso atto della scarsità di risorse economiche derivante dal rapporto tra l’esiguo numero di utenze ed i molti chilometri delle reti di acquedotto. Va inoltre considerato il notevole tempo speso per verificare se l’insorgere del problema derivi dalla rete di adduzione o dalle condotte di distribuzione.

Un valido aiuto per la soluzione di tali problematiche può oggigiorno giungere dall’installazione di sistemi di misura delle portate, con la trasmissione dei dati in tempo reale. I sistemi di telecontrollo hanno infatti raggiunto una maturità per quanto riguarda continuità ed affidabilità, con costi di acquisto dei dispositivi e costi di gestione ormai limitati. I vantaggi derivanti dall’installazione di tali dispositivi, almeno nelle reti più problematiche, risulterebbero notevoli, anche solo per quanto riguarda il contenimento delle perdite:

- la condizione della rete sarebbe costantemente monitorata e risulterebbe così possibile verificare la frequenza dell’insorgere di nuove perdite, quindi pianificare le campagne di ricerca e di successiva riparazione per tempo;

- si saprebbe immediatamente se porre l’attenzione sul lato adduzione o sulla distribuzione nell’eventualità in cui si verifichino malfunzionamenti;

- verrebbe immediatamente segnalato l’insorgere di nuove perdite in seguito a manovre o riparazioni (per l’innalzamento della pressione di esercizio);

- in molti casi risulterebbe possibile caratterizzare il grado di perdita delle porzioni di rete installando i misuratori di portata portatili su punti notevoli della rete, limitando così i disagi dovuti alle manovre di chiusura;

- sarebbe possibile effettuare i bilanci idrici tenendo conto della stagionalità dei consumi e quantificare i volumi persi per uno scorretto uso dell’acqua nelle zone sprovviste di contatore (ad esempio flussi con funzione antigelo nel periodo invernale e continui innaffiamento di orti e giardini nel periodo estivo).

La maggior frequenza delle campagne di ricerca e riparazione, facilitate dalla presenza degli impianti di telecontrollo, permetterebbe poi di caratterizzare compiutamente la rete anche dal punto di vista dello stato di consistenza, consentendo in definitiva una migliore pianificazione ed allocazione degli investimenti per le manutenzioni straordinarie.

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Cap. 6 L’esperienza di CAFC S.p.A.

C A P I T O L O 6

L’ E S P E R I E N Z A D I C A F C S PA

6.1 LE RETI IDRICHE

CAFC S.p.A. gestisce il Servizio Idrico Integrato (SII), ossia acquedotto, fognatura e depurazione di 83 Comuni sui 136 della provincia di Udine, su un territorio che si estende per circa 55 km in direzione Est-Ovest e per circa 75 km in direzione Nord-Sud, con caratteristiche estremamente diversificate dal punto di vista orografico, geologico, urbanistico ed insediativo (Figura 6.1).

CAFC produce e distribuisce mediamente 45 milioni di metri cubi l'anno di acqua potabile. La rete idrica, della lunghezza di circa 4.000 km, è rifornita da quattro impianti di presa principali e da una rete di pozzi. Oltre 280.000 le persone che usufruiscono dell’acqua gestita dal CAFC, numero che sale a circa 400.000 unità durante la stagione estiva, con l’arrivo dei turisti nelle località balneari. Per quanto riguarda il settore delle acque reflue, gli impianti gestiti (tra fognatura e depurazione) sono circa 340, cui si aggiungono le reti fognarie.

Figura 6.1: Mappa dei comuni in cui CAFC gestisce il servizio idrico integrato

Il territorio del Friuli Venezia Giulia è ricco di risorse idriche di grande abbondanza e di ottima qualità. La gestione e la salvaguardia di questo prezioso patrimonio richiede un utilizzo intelligente, equo ed oculato. A causa della complessità delle reti, delle dimensioni del sistema gestito e dall’eterogeneità di caratteristiche propria di ciascun territorio, la

Acquedotto, fognatura e depurazione Acquedotto

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gestione dell’infrastruttura acquedottistica è caratterizzata da difficoltà di tipo intrinseco, specialmente se si mira non solo all’efficacia e alla continuità del servizio, ma anche all’efficienza e alla sostenibilità.

Nei prossimi paragrafi si illustrano due diverse esperienze di gestione delle perdite idriche attraverso lo sviluppo di modelli matematici di simulazione e di ottimizzazione.

6.2 LA RETE DEL CORNAPPO

All’interno del Progetto, CAFC ha scelto di studiare la rete di adduzione del Cornappo in quanto contraddistinta da una elevata percentuale di perdite idriche e da spese energetiche non trascurabili.

Il lavoro si è basato sulla modellazione idraulica della rete con i seguenti obiettivi:

1. avere una maggior consapevolezza dello stato di funzionamento del sistema, in gestione a CAFC da pochi anni;

2. individuare le principali criticità mediante il duplice lavoro di modellazione idraulica e misure di portata effettuate in sito;

3. utilizzare il modello idraulico per testare scenari di funzionamento più efficienti, in termini di risparmio idrico ed energetico, garantendo al contempo la continuità e l’efficacia del servizio alle utenze.

La rete di adduzione del Cornappo (Figura 6.2) attualmente si estende dalle sorgenti ubicate a nord di Taipana, tra i primi rilievi delle Prealpi Giulie, circa 30 km a Nord di Udine. Il primo tratto del sistema è costituito da una condotta DN 300 che dalle sorgenti poste in comune di Taipana convoglia a gravità le portate verso il serbatoio ripartitore di Morig: questo è il nodo idraulico principale della rete in quanto svolge la funzione di accumulare l’acqua in ingresso e ripartirla verso 4 diversi serbatoi di compensazione (Treppo Grande, Cassacco e, nel Comune di Tricesimo, Monastetto e Castello) a servizio di diverse reti distributive.

Figura 6.2: La rete di adduzione del Cornappo

Tricesimo

Cassacco Treppo Grande

Morig

Taipana

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Complessivamente la rete di adduzione si estende per 41,8 km, dei quali 16,8 km a monte del serbatoio di Morig. La rete e costituita per circa il 64% da condotte in acciaio e per circa il 36% da tubazioni in ghisa sferiodale. Tre condotte in uscita dal serbatoio di Morig proseguono affiancate fino all’abitato di Molinis, poi un DN 125 in acciaio prosegue per alimentare i serbatoi di Tricesimo, mentre un DN 100 e un DN 125 divergono per servire gli impianti di Cassacco e Treppo Grande. Per maggiore chiarezza descrittiva si osservi lo schema riportato in Figura 6.3, nel quale sono visibili anche i valori medi di portata in ingresso ai serbatoi pensili alimentati dal serbatoio di Morig.

Figura 6.3: Schema di funzionamento a valle del serbatoio ripartitore di Morig

Ad eccezione del serbatoio di Castello (in Comune di Tricesimo), tutti i suddetti serbatoi pensili alimentano, mediante uno sfioro da troppo-pieno, delle vasche semi-interrate a servizio delle varie reti di distribuzione. Spesso le portate fornite dai serbatoi pensili non sono sufficienti a soddisfare le richieste idriche di ciascun Comune, pertanto ogni impianto può contare su un contributo integrativo di portata da parte di alcune stazioni di pompaggio, connesse ad un’altra rete adduttrice (alimentata dall’impianto di Molino del Bosso).

Una volta nota la geometria e il funzionamento del sistema, la rete è stata modellata mediante il software open source Epanet. Il modello ottenuto è composto da 134 nodi e 148 tratti di condotte. Le condizioni al contorno sono definite dalla portata misurata in uscita dai serbatoi e dai consumi delle utenze collegate direttamente alla rete. Per esprimere la variabilità temporale dei consumi sono stati costruiti dei pattern definiti da intervalli temporali di 10 minuti. I pompaggi, la cui portata sollevata è nota, sono stati simulati come nodi ai quali è stata assegnata una base demand unitaria negativa, assegnando un pattern che ne ricostruisce lo stato di azionamento.

L’impossibilità da parte del sistema di telecontrollo di fornire rilevazioni di portata e pressione in alcuni punti ritenuti significativi della rete, ha comportato la necessità di ricorrere a numerose campagne di misura, utili in particolare anche per valutare l’affidabilità dei misuratori fissi installati e per accertarsi di alcune interconnessioni e condizioni di esercizio di valvole o saracinesche presenti in rete.

5 l/s

20 l/s

42 l/s

28 l/s

25 l/s

0 l/s

9,6 l/s

6,5 l/s 6,3 l/s

9,2 l/s

Pompaggio Carvacco

Serbatoio pensile Cassacco

Serbatoio Interrato Cassacco

Serbatoio interrato Treppo

Serbatoio pensile Treppo

Pompaggio Braidamatta

Pompaggio Collalto

Serbatoio Interrato Monastetto

Pompaggio Valloncello

Serbatoio pensile Monastetto

Serbatoio pensile Castello

Serbatoio Poggio Asquini

Serbatoio Morig Utenze Fraelacco

2,5 l/s

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6.2.1 Analisi delle criticità

La modellazione idraulica della rete, assieme alle campagne di misura effettuate per la calibrazione del modello, ha permesso di individuare le principali criticità del sistema:

1. Il serbatoio di Morig: nella primavera del 2011 è stato eseguito un bilancio idrico sulle portate in ingresso (circa 50 l/s) ed in uscita dal serbatoio. Si è verificato che la somma delle uscite era in media inferiore del 20% rispetto ai volumi in ingresso. Si ritiene che i volumi in eccesso, valutati come differenza tra le portate in ingresso ed in uscita, siano riconducibili a perdite idriche in corrispondenza della vasca, in particolare a causa dello sfioro da troppo-pieno.

2. Il serbatoio semi-interrato di Monastetto: è stato posizionato uno strumento di misurazione delle portate su una delle condotte di uscita del serbatoio. L’analisi dei dati raccolti ha permesso di individuare, nelle ore notturne, una inversione di portata: a causa delle minori richieste idriche da parte delle utenze e del conseguente aumento delle pressioni all’interno della rete di distribuzione, la tubazione di uscita del serbatoio fungeva da ulteriore alimentazione del serbatoio. Si ritiene che questo volume aggiuntivo in ingresso derivi da un altro serbatoio (Poggio Asquini), collocato ad una quota altimetrica superiore ed alimentato mediante una stazione di sollevamento (Valloncello). Questo funzionamento è critico per due principali ragioni: in primis è possibile causa di inutili sfiori al serbatoio di Monastetto, in secondo luogo richiede un impiego eccessivo degli impianti di sollevamento.

3. Le perdite nella frazione di Fraelacco: per valutare la portata prelevata dalla rete di adduzione a servizio delle utenze della frazione di Fraelacco, sono stati installati due strumenti di portata, uno a monte e uno a valle dell’abitato stesso: tra le due misurazioni c’è una differenza media di circa 7,3 l/s. Considerando una dotazione idrica di circa 200 l/abitante*giorno e una popolazione servita di soli 400 abitanti, si ritiene che tale valore di portata sia indice di elevate perdite idriche.

In merito alle criticità individuate, CAFC ha implementato diverse strategie di intervento, dopo averne simulato gli impatti attraverso l’uso del modello idraulico.

In particolare, per risolvere il problema relativo al serbatoio di Morig, sono stati diminuiti i volumi in arrivo al serbatoio, aumentando i volumi ceduti dalla rete adduttrice ad altri sistemi posti a monte del nodo idraulico di Morig e che, altrimenti, sarebbero alimentati solamente mediante pompaggi. Questa modifica ha permesso sia di ridurre i consumi energetici del sistema verso cui il surplus d’acqua è stato trasferito, sia di recuperare 5-6 l/s che mediamente andavano persi presso il serbatoio (pari a circa 170.000 m3/anno).

In merito al funzionamento critico del serbatoio di Monastetto, si è deciso di installare una valvola di non-ritorno sulla condotta in uscita dalla vasca, in modo da impedire l’ingresso di acqua sollevata mediante i pompaggi di Valloncello. In questo modo sono stati privilegiati gli apporti idrici a gravità e sono stati ridotti i tempi di pompaggio di circa il 16%, con un conseguente risparmio energetico stimabile in circa 1.100 kWh/anno.

In conclusione, il lavoro ha evidenziato e risolto diverse criticità del sistema di adduzione. L’attenzione futura sarà volta all’analisi delle reti di distribuzione, generalmente affette da elevate percentuali di perdite idriche, come verificato per la rete a servizio dell’abitato di Fraelacco.

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6.3 LA RETE DI DISTRIBUZIONE DI BUJA

In questo paragrafo viene illustrata una metodologia di riduzione della perdite idriche mediante la gestione delle pressioni. Il problema è affrontato attraverso l’inserimento e la regolazione ottimale di valvole riduttrici di pressione (PRV)7. La determinazione del numero di valvole, insieme alla loro localizzazione puntuale e al loro grado di regolazione, è ricavata mediante l’applicazione di un modello di ottimizzazione. Scopo dei modelli di ottimizzazione è la ricerca automatica della politica decisionale migliore.

L’algoritmo implementato (Nicolini et al., 2011) è di tipo multi-obiettivo: il primo obiettivo è rappresentato dalla minimizzazione del numero totale di valvole PRV (un surrogato dei costi di intervento), mentre il secondo è dato dalla minimizzazione delle perdite totali. Risulta evidente come i due obiettivi siano contrastanti tra di loro: a costi di intervento ridotti corrispondono elevati valori di perdita e viceversa. Per questo motivo l’algoritmo multi-obiettivo non restituisce un’unica soluzione, ma un insieme di soluzione parimenti ottimali, che rappresentano un compromesso tra i costi di installazione (numero di valvole) e il livello di perdita raggiungibile.

6.3.1 Gestione ottimale delle pressioni

Le metodologia di ottimizzazione è stata applicate alla rete di distribuzione idrica a servizio del Comune di Buja (Udine). Il comune si estende su un territorio con quota media pari a 226 m s.l.m., caratterizzato da elevati dislivelli (da un minimo di 160 ad un massimo di 335 m s.m.m). La rete di distribuzione, che serve complessivamente circa 7.000 abitanti, è costituita per il 45% da condotte in cemento amianto, per il 36% da tubazioni in acciaio, mentre il rimanente 19% è equamente ripartito tra ghisa sferoidale e polietilene. Il sistema presenta una lunghezza totale di circa 80 km ed è servito da due serbatoi. La rete si presenta suddivisa, attraverso alcuni sezionamenti, in due sistemi separati (Figura 6.4), ognuno con il proprio serbatoio di competenza.

7 Le valvole riduttrici di pressione (PRV, Pressure Reducing Valve) permettono un controllo dinamico della pressione tramite la modulazione del proprio grado di apertura. Il principio di funzionamento su cui si basano le PRV è quello di ridurre la pressione in ingresso, elevata e variabile, in modo tale che la pressione di valle sia stabile e costante. Tale riduzione avviene sempre, indipendentemente dalle variazioni di carico o di portata che si possono avere a monte.

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Figura 6.4: La rete di distribuzione idrica di Buja (Udine)

La procedura di gestione ottimale della pressione è stata implementata nel distretto servito dal serbatoio posto a quota maggiore (in nero in Figura 6.4), viste le criticità dovute al più elevato regime della piezometrica: la pressione media è di circa 75 m, con valori che arrivano a superare i 100 m. La metodologia utilizza il modello idraulico di simulazione, calibrato a seguito di una serie di campagne di misura in sito. La campagna di misure è consistita nell’installazione di 5 manometri registratori e nella misura delle portate uscenti dal serbatoio di alimentazione. I rispettivi andamenti sono riportati in Figura 6.5.

Figura 6.5: Andamenti delle pressioni (figura di sinistra) e delle portate in uscita dal serbatoio di alimentazione (figura di destra) rilevate nel sistema di distribuzione di Buja

Lo scopo dell’algoritmo per la gestione ottimale delle pressioni è determinare le posizioni ottimali in cui sezionare il sistema ed inserire (e quindi regolare) valvole PRV. In particolare, per determinare il grado di apertura da assegnare a ciascuna valvola, sono state considerate tre condizioni di carico, che rappresentano rispettivamente le condizioni di minimo notturno, le richieste medie e le punte di domanda. Il posizionamento delle valvole è stato limitato alle condotte di maggior diametro. Considerando la pressione minima desiderabile all’interno della rete pari a 2 bar, vi è un surplus di pressione pari a 5,5 bar.

73


Obiettivo del lavoro era individuare le migliori strategie di gestione delle pressioni in funzione di diverse scenari di investimento, ciascuno rappresentato da un numero crescente di valvole da installarsi. Nella Tabella 6.1 sono illustrati in maniera sintetica i risultati ottenuti dal modello di ottimizzazione: in ciascuna riga è rappresentata la soluzione migliore in funzione delle risorse finanziarie disponibili (corrispondenti a un numero di valvole che va da 1 a 4) corrispondenti a diversi volumi d’acqua recuperabili (espressi in m3/anno) ed in funzione della riduzione delle pressioni (in metri). Si nota come all’aumentare del numero di valvole installate nella rete il recupero idrico aumenta, così come la riduzione media delle pressioni; al contrario, il risparmio marginale di risorsa viene progressivamente a diminuire.

Tabella 6.1: Valori calcolati dal modello del recupero idrico e della riduzione delle pressioni mediante l’installazione di una, due, tre o quattro valvole riduttrici di pressione

Numero PRV Recupero idrico Riduzione pressione

(m3/anno) (m)

1 43.250 9,04

2 83.490 13,03

3 108.300 16,06

4 115.650 18,07

A partire dall’insieme di strategie alternative di intervento, CAFC ha deciso di implementare una delle soluzioni ottimali identificate dal modello. Nel settembre del 2008 sono state installate 4 valvole PRV, al fine di ridurre al minimo la presenza di perdite in rete. In Figura 6.6 è rappresentata la configurazione individuata dall’algoritmo ed implementata da CAFC: ciascuna PRV regola in maniera ottimale un distretto ben circoscritto, identificato da un colore diverso.

Figura 6.6: Gestione delle pressioni nella rete di distribuzione di Buja mediante l’installazione di quattro valvole PRV

PRV0410

PRV0690

PRV0280 PRV0012

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Il monitoraggio continuo delle portate in uscita dal serbatoio di alimentazione della rete ha permesso di calcolare in maniera esatta il recupero idrico effettuato tramite la gestione delle pressioni. In Tabella 6.2 sono sintetizzati i benefici raggiunti a seguito dell’intervento: è possibile notare come la portata in ingresso alla rete di distribuzione di Buja sia diminuita da un valore di 19 l/s a circa 10,5 l/s, cui corrisponde un recupero idrico pari a 270.000 m3 all’anno. In particolare, l’incremento del risparmio nell’anno 2010 è associabile ad una serie di successivi aggiustamenti del grado di apertura delle valvole di riduzione della pressione. Ad ogni modo, è possibile osservare come le stime di recupero (Tabella 6.1) siano state particolarmente cautelative, in quanto risultano notevolmente inferiori ai risparmi effettivamente misurati a seguito dell’inserimento delle valvole PRV (Tabella 6.2).

I recuperi idrici hanno garantito un surplus idrico che è stato trasferito, a seguito dell’apertura di un by-pass, verso un altro sistema di distribuzione idrica interamente alimentato mediante una stazione di sollevamento. In questo modo è stato possibile ridurre i consumi energetici del 38% nel primo anno e del 54% nel secondo.

Un altro aspetto di notevole importanza è rappresentato dal numero di interventi di riparazione delle rotture che sono stati effettuati negli anni successivi alla regolazione delle pressioni. Il tasso di fallanza delle condotte si è notevolmente ridotto: gli interventi di manutenzione della rete e riparazione delle rotture sono calati da 95 (2008) a 56 (2010). In questo modo è stato possibile evitate numerose interruzioni del servizio, che spesso portano a indesiderabili disservizi all’utenza.

Tabella 6.2: Risultati ottenuti dall’ottimizzazione delle pressioni mediante l’inserimento di 4

valvole PRV in termini di volumi recuperati, consumi energetici ed interventi di manutenzione

Anno 2008 2009 2010

Portata in ingresso (l/s) 18,9 14,0 10,5

Volume in ingresso (m3/anno) 597 441 330

Energia fornita (MWh) 130 83 61

Interventi di riparazione 95 67 45

Nella seguente Figura 6.7 sono rappresentati i valori mensili delle portate medie in ingresso alla rete di distribuzione di Buja e i consumi energetici utilizzati per i pompaggi. Sono evidenti i recuperi ottenuti a seguito della strategia di gestione delle pressioni implementata nel settembre 2008.

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0

2

4

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Portata Energia

Figura 6.7: Portate medie in ingresso nella rete di Buja (l/s) e consumi energetici (MWh) nei mesi immediatamente precedenti e successivi all’intervento di regolazione delle pressioni

6.4 CONCLUSIONI

In questo capitolo sono stati presentati due diversi esempi di gestione delle reti acquedottistiche, entrambi finalizzati alla riduzione delle perdite idriche. Il primo ha analizzato le criticità di un sistema di adduzione idrica, la rete del Cornappo; nel secondo lavoro, invece, è stata analizzata una rete di distribuzione idrica, l’acquedotto a servizio del Comune di Buja.

In entrambi i casi si è partiti dall’analisi delle criticità dei due sistemi e sono state individuate delle opportunità per rendere più efficiente e razionale la gestione della risorsa idrica. Nonostante la differenza delle reti, entrambe le procedure di lavoro sono state sviluppate a partire da un elemento fondamentale in comune: la modellazione idraulica.

La disponibilità di un modello idraulico delle reti ha infatti fornito le informazioni necessarie per prendere decisioni ottimali in relazione al funzionamento del sistema e per pianificare le attività necessarie per raggiungere gli standard di servizio desiderati.

In entrambi i casi la riduzione delle perdite idriche e la conseguente riduzione dei costi di gestione delle infrastrutture hanno permesso una gestione dei sistemi più efficiente e sostenibile.

Cap.7 L’Amt der Kärntner Landesregierung

C A P I T O L O 7

L’A M T D E R K Ӓ R N T N E R

L A N D E S R E G I E R U N G

L’Amt der Kärntner Landesregierung (Ufficio della Giunta Regionale della Carinzia), Dipartimento 8 – Gestione delle Acque, non è stato coinvolto attivamente nell’attività di sviluppo di nuove metodologie gestionali per la riduzione della quantità d’acqua persa nelle reti, un lavoro di natura esclusivamente tecnica. Il suo contributo è consistito nell’apportare il proprio bagaglio di esperienze maturate nel settore della gestione delle risorse idriche nei centri abitati, nonché nel far confluire nel lavoro il proprio know-how e i valori empirici risultanti dagli altri progetti comunitari transfrontalieri relativi a tematiche analoghe.

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Cap. 8 Linee guida gestionali

C A P I T O L O 8

L I N E E G U I D A G E S T I O N A L I

8.1 LE METODOLOGIE DI RICERCA PERDITE

Uno dei due temi principali di questo progetto è la riduzione delle perdite nelle reti acquedottistiche. I volumi idrici che fuoriescono nei punti di perdita da un lato provocano danni alle infrastrutture stradali e ai fabbricati, dall’altro lato comportano un aumento dei costi per le operazioni di pompaggio dell’acqua; anche nel caso inverso, in presenza di infiltrazioni d’acqua nelle condotte fognarie, divengono maggiormente costose le operazioni di depurazione finalizzate a garantire adeguati standard qualitativi.

Priorità assoluta di qualunque azienda di fornitura di servizi idrici è pertanto la minimizzazione delle perdite nella rete idrica. I metodi e le attrezzature tecniche attualmente a disposizione per la localizzazione delle dispersioni non possono trovare impiego su tutte le strutture di rete. Una particolare problematica legata alla localizzazione delle perdite è rappresentata in primis dai tubi in materiali plastici.

Il progetto prevede l’analisi di diverse tipologie di rete da parte dei partner, allo scopo di trovare approcci diversi, ma tutti finalizzati all’ottimizzazione della gestione della rete.

Le attività di ricerca delle perdite si possono suddividere in due fasi consequenziali: prelocalizzazione (8.1.1 e 8.1.2) e localizzazione puntuale delle dispersioni (8.1.3). L’obiettivo della prima fase è individuare un’area di rete critica, ossia una zona che presenti un’elevata probabilità di perdita. In seguito, si procede con l’individuazione puntuale della perdita all’interno dell’area precedentemente circoscritta. Le tecnologie di prelocalizzazione delle perdite possono essere classificate in base a vari criteri. Una classificazione, ampiamente diffusa in ambito internazionale [Scott et al., 2003], è quella che distingue le metodologie di ricerca perdite di tipo software based e hardware

based. Le prime si riferiscono a quelle tecniche di prelocalizzazione che analizzano le caratteristiche del fluido che viene convogliato in condotta, come ad esempio le tecniche di analisi di pressione o di bilancio di massa, a cui si associa l’elaborazione di modelli di simulazione del moto del fluido in regime permanente non stazionario. Le seconde richiedono l’utilizzo di strumenti di misurazione per la rilevazione di varie grandezze fisiche.

8.1.1 Sistemi di prelocalizzazione delle perdite software based

Le metodologie software based sono costituite dal monitoraggio delle condotte mediante l’implementazione di algoritmi sempre più aggiornati in grado di prevedere, con una bassa incertezza, il punto in cui ha luogo la perdita. Questa tecnica si basa su sistemi in grado di monitorare, analizzare e trasmettere dati in tempo reale alla stazione del telecontrollo. Il processo, basato su sistemi SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), prevede la ricezione dei dati rilevati dagli strumenti installati nella zona considerata e la successiva elaborazione all’interno di modelli di simulazione e di ottimizzazione idraulica delle reti. Tutto ciò permette di stabilire, con buona approssimazione, le zone con potenziale presenza di perdite.

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8.1.2 Sistemi di prelocalizzazione delle perdite hardware based

Le attività di ricerca perdite hardware based si basano sull’utilizzo di strumentazioni che misurano in maniera diretta alcune grandezze fisiche della rete idrica. Nonostante la grande varietà delle strumentazioni di misura presenti sul mercato, le metodologie basate su componenti hardware possono a loro volta essere suddivise in due categorie principali: quelle che sfruttano misure di portata e quelle che sfruttano il rilievo dell’emissione acustica delle perdite. Esiste, infine, una terza categoria che sfrutta la capacità dell’infrarosso di studiare la temperatura del suolo.

• Water audit e step test

Questo metodo si basa sul bilancio idrico effettuato nell’arco di 24 ore, applicato ad un distretto isolato dal resto della rete mediante la chiusura di saracinesche e alimentato dall’esterno. La presenza o meno di perdite si deduce dal confronto tra la portata immessa nel distretto (valore misurato) e i consumi autorizzati (valore supposto noto). Nonostante il metodo sia concettualmente semplice, la difficoltà di questa procedura sta proprio nella conoscenza dei valori di consumo giornalieri. Per una prelocalizzazione più specifica, si può procedere con il metodo dello step test: si parte misurando la portata dell'intero distretto e poi, ad ogni step, si va ad escludere una determinata porzione, ciascuna di 2-3 km di rete, continuando a misurare la portata che ovviamente diminuisce ad ogni progressiva esclusione.

• Minimum Night Flow (MNF)

La procedura consiste nell’installazione di appropriati misuratori di portata in rete per rilevare i volumi d’acqua reali che defluiscono durante la notte. Il bilancio deve essere effettuato preferibilmente in un orario compreso tra le 2 e le 4, periodo in cui i consumi risultano minimi e pressoché costanti e le perdite incidono maggiormente sulla portata in ingresso nella rete di distribuzione o nel distretto oggetto di studio. Qualora il valore di portata minima notturna fosse superiore a quello di riferimento rappresentativo di una buona condizione di funzionamento della rete (opportunamente scelto in base alle caratteristiche dell’infrastruttura), potrebbe essere conveniente avviare una campagna di ricerca puntuale delle perdite.

• Analisi del consumo minimo o consumo zero

Il metodo consiste nel valutare la portata in un tratto della rete, preventivamente isolato con valvole di sezionamento idrico, totalizzandola per tutta la durata della prova e confrontandola con quella immessa dall’esterno, prelevata da un idrante posto al di fuori della zona analizzata e opportunamente registrata da un misuratore mobile. In assenza di prelievi e in assenza di perdite, la differenza tra la portata d’acqua totalizzata e la portata immessa dovrà risultare pari a zero. È preferibile svolgere tale procedura in orario notturno sia perché in tale periodo i consumi sono pressoché nulli, sia per limitare al minimo i disservizi durante le operazioni di misura. Un vantaggio della tecnica del consumo zero è senz’altro la possibilità di definire una zona piuttosto ridotta in cui pre localizzare eventuali perdite e la possibilità di determinare il quantitativo di acqua persa. Tuttavia tale metodo è piuttosto oneroso in termini di tempo e di costi, può creare disservizi e prevede un’alta percentuale di lavoro notturno.

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• Monitoraggio acustico

I metodi di rilevazione acustici si basano sul fatto che, in presenza di una perdita, si ha un'emissione acustica. Sfruttando questo concetto è possibile dislocare dei segnalatori acustici (noise logger) in punti opportunamente scelti della rete (valvole, idranti, allacciamenti, ecc.). Ciascuno strumento può ricoprire un raggio variabile in base al materiale delle condutture (200-250 m su condotte in metallo, 120-180 m su cemento e 80 m su materiali plastici). I noise logger si attivano automaticamente nei periodi programmati (solitamente tra le 2:00 e le 4:00, quando le condizioni della rete sono più favorevoli: bassi consumi e ridotto rumorosità dovuta a prelievi, pompe, traffico, ecc.) e rilevano essenzialmente due informazioni: l'intensità (dB) e frequenza (Hz) di rumore: l'analisi combinata di entrambi i valori permette di individuare, in modo automatizzato, le zone con possibili perdite idriche. Il carattere innovativo del metodo consiste nella prelocalizzazione delle perdite in modo continuo, automatizzato, veloce, economico e non invasivo.

• Termografia

Questa tecnica fa parte del settore del telerilevamento e sfrutta le anomalie nella radiazione emessa dalla superficie del suolo, la cui temperatura risente delle condizioni prodotte da perdite. La termografia a raggi infrarossi fornisce un'immagine video, la cui intensità è proporzionale alla radiazione ricevuta. Tale informazione, però, è relativa a due contributi: la radiazione emessa, proporzionale alla temperatura del suolo, e la radiazione rifessa dal sole; per eliminare quest’ultima è perciò necessario effettuare le indagini di notte. L’utilizzo di tale metodologia comporta la presenza di strumentazione e personale specializzato, con costi piuttosto elevati.

8.1.3 Sistemi di localizzazione delle perdite

Nei seguenti paragrafi sono descritte le principali metodologie di localizzazione puntuale delle dispersioni.

• Metodi acustici: aste geofoniche, correlatori, geofoni

Le tecniche acustiche consistono nel misurare ed individuare eventuali perdite analizzando le frequenze foniche emesse dalla fuga. Gli apparecchi usati sono: correlatori, aste geofoniche e geofoni. I correlatori sono strumenti che misurano le differenze temporali di percorrenza del rumore dal punto di fuga sino a due sensori posti a contatto della condotta negli estremi del tratto preso in esame: essi permettono di definire la distanza del punto di fuga dai due punti monitorati. Le aste

geofoniche sono strumentazioni che, poste a contatto con la tubazione o altri organi di rete, captano e amplificano i rumori dovuti a perdite e li inviano ad un amplificatore dotato di cuffie. Pur utilizzando una procedura analoga, a differenza delle aste geofoniche, i geofoni individuano e amplificano il rumore rilevando il segnale dalla superficie del terreno e non a contatto con la condotta. La bontà dei risultati dipende molto dalla professionalità e dall’esperienza dell’operatore incaricato del rilevamento, nonché dalla sua capacità di riconoscere eventuali disturbi al segnale, non riconducibili a perdite.

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• Gas traccianti

La tecnica di rilevazione delle perdite mediante gas traccianti è utilizzata soprattutto nel caso di condotte in cui vi è bassa pressione, nel caso di tubazioni in materiale non metallico, quando la rete presenta una andamento poco lineare, nel caso non ci sia organi di intercettazione lungo la rete (pozzetti, idranti, ecc.) oppure quando la superficie del terreno non permette l’uso di strumenti acustici (prato, bosco, ecc.). Per mettere in atto questo tipo di ricerca, è necessario innanzitutto isolare la condotta in esame e svuotarla dall'acqua presente in essa, per poi iniettare, a monte della sospetta perdita, del gas inerte. Il gas, sotto pressione, tende ad espandersi ed a trovare una via di fuga attraverso un'eventuale falla della tubazione e, attraversando il terreno, giunge in superficie dove può essere rilevato da un sensore di gas portatile.

• Georadar

Il georadar sfrutta le proprietà di trasmissione e riflessione di un'onda elettromagnetica che passa attraverso il suolo. In condizioni omogenee si ottiene un modello uniforme degli output generati dalla riflessione del segnale radar sulla parte superiore della tubazione. In presenza di una perdita, invece, i segnali risultano attenuati e ritardati, facendo apparire il tubo inaspettatamente distorto (sembrerà più profondo).

8.2 MODALITÀ DI SELEZIONE DELLE TECNICHE DI RICERCA PERDITE

Come già più volte evidenziato, non esiste una tecnica di ricerca perdite che sia adatta per tutte le circostanze. Diversi aspetti ambientali e strutturali (rumorosità dell’ambiente, materiali, ecc.) concorrono a determinare l’applicabilità o meno delle diverse tecniche. Tali aspetti, da soli, non sono sufficienti per eseguire una scelta che rispetti i requisiti di efficacia, sensibilità (ossia accuratezza, affidabilità, robustezza) e minimo costo. Solo l’effettiva sperimentazione dei diversi sistemi, eseguita nell’area di indagine, può consentire di individuare la tecnica più idonea al caso specifico o, quantomeno, alla tipologia di rete in esame.

I metodi di ricerca perdite software based presentano un carattere particolarmente innovativo e permettono, se continuamente implementati e aggiornati, un monitoraggio della rete in tempo reale e quindi la possibilità di effettuare interventi particolarmente mirati e tempestivi. L’uso di questa metodologia permette di minimizzare i tempi e i costi necessari alla prelocalizzazione delle dispersioni, oneri che sono trasferiti nell’implementazione del software e delle attrezzature in comunicazione con i sistemi SCADA. Il principale vantaggio di queste procedure risiede nel fatto che la rete è continuamente monitorata e il livello delle perdite può essere costantemente mantenuto al minimo.

I metodi di ricerca perdite hardware based hanno in comune l’utilizzo di strumenti per la misura fisica di varie grandezze e consistono in una serie di tecniche molto diverse tra loro in termini di metodologie operative, applicabilità, tempi, costi, rischi di disservizi, lavoro notturno, ecc.

Ciascun gestore, per poter definire la tipologia di ricerca perdite da attuare più idonea, deve effettuare un’analisi preliminare di una lunga serie di fattori, calandoli nelle specifiche realtà.

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8.3 CONCLUSIONI

Nel presente manuale sono state riassunte le esperienze condotte dai vari partner all’interno del progetto GAP-UK, avente tra gli obiettivi lo sviluppo di nuove metodologie gestionali per la riduzione della quantità di acqua persa nelle reti.

Ciascun partner, sulla base delle proprie realtà, ha individuato delle strategie innovative di gestione delle perdite in modo tale da garantire non solo una rapida riduzione dei volumi persi, ma anche il mantenimento del livello minimo di perdite con conseguente risparmio di risorsa idrica ed energia. Per questo motivo, si ritiene che l’analisi comparativa delle diverse esperienze condotte porti un valore aggiunto ai lavori effettuati.

Innanzitutto è possibile sottolineare che sono emersi alcuni punti in comune, nonostante ciascun partner sia gestore di una realtà unica per tipologia di rete e inquadramento territoriale.

In primo luogo è emersa la fondamentale importanza dell’analisi delle portate minime notturne (MNF) per la quantificazione delle perdite idriche. L’analisi del MNF non solo fornisce una misura diretta dello stato di qualità delle reti in merito alla tenuta delle tubazioni, ma permette anche di valutare l’evoluzione delle perdite a causa del progressivo invecchiamento delle condotte idriche. Sia dallo studio di AMGA che dagli studi di CAFC e Carniacque, emerge l’importanza dei sistemi di misura delle portate con trasmissione dei dati in tempo reale verso le stazioni del telecontrollo: in questo modo è possibile verificare la frequenza dell’insorgere di nuove perdite e pianificare le attività di ricerca e di riparazione delle stesse. Va sottolineato che non sempre le reti sono dotate in maniera sufficiente delle strumentazioni necessarie per la misura delle portate notturne e in questi casi è necessario ricorrere ad analisi costi/benefici prima di procedere all’upgrade dei sistemi. Ad ogni modo, anche laddove i sistemi del telecontrollo sono presenti in maniera completa, i dati non sempre sono sfruttati nel migliore dei modi. Per questo motivo si ritiene che un obiettivo comune da perseguire consista nel migliorare non solo la qualità e quantità del monitoraggio, ma anche l’elaborazione dei dati raccolti.

Un altro aspetto fondamentale per una gestione efficace delle reti acquedottistiche è l’importanza dei modelli idraulici di simulazione delle reti. La modellazione è un’attività strategica perché:

permette all’infrastruttura esistente di essere utilizzata al massimo delle capacità;

è la base per lo sviluppo di un programma ottimizzato di riduzione delle perdite;

offre un supporto decisionale per poter migliorare le procedure di gestione delle reti, nell’ottica del raggiungimento degli standard di servizio desiderati.

La creazione, la calibrazione e la continua implementazione di un modello matematico è stato sperimentato nel dettaglio da Stadtwerke Klagenfurt AG, che ha utilizzato il modello di simulazione idraulica come punto di partenza anche per l’analisi delle perdite idriche. In particolare, STW ha accoppiato il modello idraulico con un software di ottimizzazione, basato su algoritmi genetici, per l’identificazione di possibili punti di perdita in rete. I risultati ottenuti costituiscono un metodo di monitoraggio nuovo, innovativo, conveniente e duraturo nel tempo.

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Anche CAFC e Carniacque, supportati da una serie di campagne di misura, hanno sviluppato dei modelli idraulici rispettivamente per le reti di adduzione del Cornappo e dell’Alto But. La disponibilità dei modelli ha permesso non solo di individuare le principali criticità dei sistemi idrici e quindi le zone affette da maggiori perdite, ma anche di testare i possibili scenari di intervento per la risoluzione delle problematiche emerse.

Particolarmente interessante è il lavoro svolto sulla rete di distribuzione di Buja: l’implementazione del modello idraulico per la regolazione ottimale delle pressioni ha permesso di risolvere il problema delle perdite idriche in maniera particolarmente efficiente. Questa metodologia è particolarmente adatta ad essere utilizzata in reti che presentano grosse escursioni plano-altimetrico e, di conseguenza, zone con un regime piezometrico particolarmente elevato.

Infine, è importante evidenziare l’efficacia e l’efficienza che si ottiene utilizzando strumenti acustici come metodo di monitoraggio della rete idrica. A tal riguardo AMGA ha sviluppato una procedura aziendale innovativa per la ricerca delle perdite idriche, accrescendo, d’altra parte, il proprio know how. In passato la gestione delle perdite si basava su campagne di ricerca programmata, svolte mediamente ogni 4-5 anni, mediante analisi del consumo minimo (o consumo zero). All’interno del progetto GAP-UK è stato scelto di utilizzare la nuova tecnologia di monitoraggio elettroacustico delle tubazioni. Le principali motivazioni che hanno portato a questo cambiamento sono molteplici. In primis, le difficoltà di sezionamento fisico (mediante manovra di saracinesche) o virtuale (mediante inserimento di misuratori di portata) della rete di distribuzione hanno indotto a privilegiare una soluzione alternativa. Inoltre, il carattere estremamente magliato della rete e la scarsa presenza di tubazioni in materiali plastico hanno favorito l’implementazione della nuova metodologia. Infine l’obiettivo aziendale era quello di rendere la gestione delle perdite idriche più rapida ed efficace, garantendone al contempo la fattibilità economica futura. Al termine dei lavori, l’analisi dei costi e dei benefici relativi alla nuova procedura ha evidenziato come sia stato possibile introdurre innovazioni che hanno permesso non solo di ridurre gli sprechi idrici e di aumentare l’efficienza gestionale, ma anche di tutelare la risorsa idrica nell’ottica della sostenibilità ambientale.

Le linee guida e i diversi approcci metodologici/gestionali presentati nel manuale, sono pertanto esportabili a diverse realtà e presentano come obiettivo comune la sostenibilità della risorsa idrica, valutata in un’ottica di efficienza ed efficacia.

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Elenco delle abbreviazioni

ELENCO DELLE ABBREVIAZIONI

DN Diametro nominale

DIN EN Istituto Tedesco per la Standardizzazione – Norma Europea

EN Norma Europea

GIS Sistema Informativo Geografico

MNF Minimum Night Flow

PRV Pressure Reducing Valve

ÖNORM Istituto Austriaco di Standardizzazione

ÖVGW Associazione Austriaca di Servizi per il Comparto del Gas e dell’Acqua

DVGW Associazione Tedesca di Servizi per il Comparto del Gas e dell’Acqua

GAP-UK Gestione Acquedotti e Protezione – Udine-Klagenfurt

DPCM Decreto del Presidente del Consiglio dei Ministri

PRGA Piano Regolatore Generale degli Acquedotti

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Bibliografia

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• GIZ, VAG, nIw, KIT: Guidelines for water reduction, A focus on pressure management, 2011 [05] Philipp Klingel und Axel Knobloch: Analyse und Planung von Wasserverteilungsnetzen

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• G.R. Tomasicchio, G. Viggiani, A. Palazzo, P. Molfetta: Ricerca delle perdite nelle reti di distribuzione idrica: analisi delle tecnologie e delle metodologie con particolare riferimento alla realtà pugliese, 2005

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• Battistini Tiziano: Servizio di ispezione programmata e di localizzazione delle dispersioni sulle condotte di distribuzione dell’acqua della città di Udine, 2012

Linee guida per la gestione delle perdite idriche nelle reti · Ogni gestore di acquedotti deve...

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