Responsabile UR: prof. Rudy GARGANO Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica, UNICLAM · 2013....
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UR UNICLAM Ferrara, 24‐25 gennaio 2013 Responsabile UR: prof. Rudy GARGANO Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica, UNICLAM prof. Giovanni DE MARINIS ing. Giovanni ESPOSITO ing. Cristiana DI CRISTO ing. Angelo LEOPARDI ing. Federico DI PALMA ing. Carla TRICARICO ing. Stefania EVANGELISTA Rappresentazione della Riabilitazione a budget Rappresentazione della domanda degli utenti Task 1 Identificazione sorgenti i i i d di ottimizzato Task 2 inquinanti e decadimento dei soluti Task 3 Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale
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UR UNICLAM Ferrara, 24‐25 gennaio 2013
Responsabile UR: prof. Rudy GARGANODipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica, UNICLAM
prof. Giovanni DE MARINIS ing. Giovanni ESPOSITOing. Cristiana DI CRISTO ing. Angelo LEOPARDIing. Federico DI PALMA ing. Carla TRICARICOing. Stefania EVANGELISTA
Rappresentazione della
Riabilitazione a budget
Rappresentazione della domanda degli utenti
Task 1
Identificazione sorgenti i i i d di
ab a o e a budgeottimizzato
Task 2
inquinanti e decadimento dei soluti
Task 3
Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale
UR UNICLAM Ferrara, 24‐25 gennaio 2013
L b t i diLaboratorio di campo
Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale
UR UNICLAM Task 1 Ferrara, 24‐25 gennaio 2013
0,80
1,00F(Q)
1F
0 40
0,60
0,6
0,8
oF1
0,20
0,40
Q0,2
0,4
oF0,00
0 0,2 0,4 0,6 0,8
Q
0
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
Cd
o
Frequenze cumulate osservate
*)1( FFFF oo
0Pr0Pr0Pr0Pr QqQQQqQQF
00Pr QqQQqQF
Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale
0000 QqQQQqQQ
UR UNICLAM Task 1 Ferrara, 24‐25 gennaio 2013
*F)F1(FF0 7
0,8
0,9
1F(Q)
777 users ‐ 1.00 a.m.
oo F)F1(FF
*
0,4
0,5
0,6
0,7F*‐Norm
F*‐Log‐NormalF*
0,1
0,2
0,3
Q[l/s]0
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
Q[l/s]
F 1Fo No eF
0 4
0.6
0.8
coeff. di utilizzazione
0
0.2
0.4
0 00 3 00 6 00 9 00 12 00 15 00 18 00 21 00 0 00 coeff. di utilizzazione
N numero utenza
Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale
0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 15.00 18.00 21.00 0.00 ff
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Modello a impulsi rettangolari
Intensity Block demand
ElementaryPersistence
Cluster arrival
Elementarydemand
Duration
•Starting time Modello di Bernoulli, •Duration Modello esponenziale•Intensity Modello di Poisson•Persistence Modello di Bernoulli
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Comparison between synteticand real data of water demand
l i id i l5
7,5 Q [l/min]
Ob d relative to one residential user(flow versus time)
2,5
5 serie storica
serie simulata
Observed
Simulated
Flow Demand
0
1 121 241 361 481 601 721 841 961 1081 1201 1321 t [min]
Comparison between cumulative frequency of observed and 0.8
1F
simulated daily volumes
0.2
0.4
0.6 Observed
Simulated
Observed
Simulated
0100 200 300 400 500
W [l]
Volume Demand
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Optimisation Problem Formulation 2/2
UR UNICLAM Task 2 Ferrara, 24‐25 gennaio 2013
OBJECTIVES
Mi i i Ri k
Optimisation Problem Formulation 2/2
N N
QQS S
Minimise Risk
nN
1sREQ
1s 1sDELsREQ
iii N,..,1iQ
QQ)R1(KKmin
S
i
sii
1s
N
ssi
NiR
S
11
10Hii
Minimise Rehabilitation Cost 'LRSTTotTot CCCCmin
nS
i NiN
R ,..,1 10Hii
nN
i
t
iDELiREQt dttQtQW1
0 ,, )()(WtLR CWC i/])i1(1[CC nLR
'LR
),...,,( 21 NdST DDDC
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UR UNICLAM Task 2 Ferrara, 24‐25 gennaio 2013
Optimisation Problem Formulation 2/2
CONSTRAINTS
Optimisation Problem Formulation 2/2
Hydraulic model equation
Decison Variable search bounds
Decision variables: Pipe rehabilitation options
Uncertain input variables:
Nodal demands (characterised using PDF – probabilistic approach)
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Caso A3 Caso A2
Caso A0Caso A1
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4,000,000Ctot [€]
(Network A problem)
3,500,000
A0
2 500 000
3,000,000
A1ELR
2,000,000
2,500,000 ELR
1,500,000 A2
1,000,0000.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00
RA3ELR
ELR
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UR UNICLAM Task 3 Ferrara, 24‐25 gennaio 2013
Un metodo per l’individuazione dell’origine di una
Procedura in due fasi ripetuta per ogni passo temporale in cui sono
p gcontaminazione accidentale in un sistema idrico
Procedura in due fasi ripetuta per ogni passo temporale in cui sonodisponibili misure di concentrazione:
1) Individuazione del gruppo di nodi candidati) l f “f ” ll b b l à2) Valutazione attraverso una funzione di “fitness” della probabilità di
ciascun nodo di essere l’origine della contaminazione
Effetto dell’incertezza delle portate erogatee degli errori di misura sulla individuazionedella sorgentedella sorgente.
Applicazione a un caso studio realelcomplesso
Schema del sistema idrico di adduzione primaria dell’acquedotto Vesuviano.
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p q
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Modelli di formazione dei sottoprodotti della disinfezione
I sottoprodotti delle disinfezione (DBPs): sono sostanze chimiche che si
nei sistemi di distribuzione idrica
possono formare tramite la reazione del disinfettante con materialeorganico naturalmente presente in acqua. Possibili effetti nocivi su fegato, reni, sistema nervoso. Probabili effetti cancerogeni.
In molti paesi la normativa impone limiti massimi per la concentrazione diTHMs totali per l’acqua potabile. D.Lgs. 31/2001 soglia max di 30 g/lTHMs totali per l acqua potabile. D.Lgs. 31/2001 soglia max di 30 g/l
Problema: limitare la concentrazione dei THM mantenendo un livello minimo di disinfettante residuo.
Disinfettante Sottoprodotti didisinfezione
Sottoprodotti di disinfezione
Sottoprodotti didisinfezione non-
minimo di disinfettante residuo.
disinfezioneOrganoalogenici
disinfezione inorganici
disinfezione nonalogenici
Ipoclorito di Sodio
Trialometani, acidi acetici alogenici, …
Clorati Aldeidi, benzene, …
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Sod o acet c alogen c , … …
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Confronti tra modelli empirici e cineticiModelli empirici: basati su relazioni tra CTHMs e alcuni parametri che influenzano la formazione di THMs (pH, TOC, DOC, T=Temperatura, UV254, D=dose di cloro immessa, t=tempo di contatto , Br=ioni bromuro).Sono solitamente ottenuti tramite regressioni (multiparametriche), basate su dati di laboratorio o di campobasate su dati di laboratorio o di campo
Es.
66.0103.0596.0595.0127.0527.4 pHBrTOCDtTHMs
Modelli cinetici: basati su cinetiche di vario ordineContengono uno o più coefficienti (costanti cinetiche) che devonoessere fissati tramite relazioni empiriche o con una calibrazioneessere fissati tramite relazioni empiriche o con una calibrazione
Es. Primo ordineHOCl
THM Ckt
Cb
Secondo ordine
t
2'HOCl
THM Ckt
Cb
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CONCLUSIONI: formule empiricheSvantaggi
Molte formule disponibili
VantaggiSvantaggi
....bisogna individuare quella adatta al caso in esame e non è detto che Molte formule disponibili
ma….
al caso in esame e ….non è detto che ci sia.
Buona riproducibilità nei punti in cui sono disponibili le misure
Non si possono riprodurre le concentrazioni di THMs in punti in cui non si dispone dei valori deimisure
Utili bili h bi
non si dispone dei valori dei parametri
Il l l d l t t t it l Utilizzabili anche se cambia l’idrodinamica
Il calcolo del parametro t, tramite la “water age” richiede una simulazione idraulica del sistema
Utilizzabili anche se cambiano le condizioni (pH, T….) E’ necessaria la misura di diversi
parametri
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parametri
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CONCLUSIONI E ….
I modelli cinetici calibrati hanno risultati di qualità paragonabile rispetto a quelli delle formule empiriche,ma : vanno bene se abbiamo condizioni simili in tutto il sistema
hanno bisogno di un minor numero di misure (sia quantità sia tipo)
sono in grado di riprodurre le concentrazioni di THMs anche in punti in cui non si dispone delle misure
al cambiare delle condizioni le costanti cinetiche vanno ricalibrate
più complessi per essere usati dagli operatori
……. SVILUPPI FUTURIVariabilità delle costanti cinetiche in sistemi estesi
Effetto degli errori di misura
Cinetiche più complesse
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Cinetiche più complesse
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Prodotti della ricerca UR UNICLAM 1/2
de Marinis, G., Gargano, R. e Tricarico, C. (2009). Analisi probabilistica della richiesta di portata residenziale alla punta: casi di studio a confronto. Atti del 4° Seminario - La ricerca delle perdite e la gestione delle reti di acquedotto, Aversa 17-18 settembre 2009.p g q
de Marinis G. e Tricarico C. (2009) “Valori estremi della richiesta di acqua in zone residenziali” Tecniche per la difesa dall’inquinamento, Atti30° Corso di aggiornamento, 17-20 Giugno 2009, a cura di Giuseppe Frega, Nuova Editoriale Bios, ISBN 88-6093-060-X
Di Cristo C., Leopardi A. (2010) Closure to “Pollution source identification of accidental contamination in water distribution networks”. Journal of Water Resources Planning and management. ASCE. Vol. 136, N.2, 292-294. ISSN:0733-9496, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9496(2008)134:2(197)
de Marinis G., Di Cristo C., Leopardi A. (2010) Un metodo per l’individuazione dell’origine di una contaminazione in un sistema di distribuzione idrica. Applicazione al caso studio reale dell’acquedotto Vesuviano. L’acqua, AII, Supplemento al N.2. ISSN 1125-1255
Gargano, R., Granata, F., Saroli, M. e Albano, M. (2010). Approccio integrato per la perimetrazione delle aree di salvaguardia: l’esempio di Posta Fibreno - Lazio Meridionale. Atti della giornata di studio H2O, Ferrara, 20 maggio, 2010.
Di Cristo C., Esposito G., Leopardi A. (2010) Calibrazione di un modello di formazione dei sottoprodotti della disinfezione (DBPs). Il caso studio dell’acquedotto Arunci-Valcanneto. Atti del XXXII Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Palermo. Walter Farina Editore, Palermo, ISBN: 978-88-903895-1-1
Gargano, R., Tricarico, C. e de Marinis, G. (2010). Residential water demand – daily trends. Proceedings of the Annual International Symposium on Water Distribution Systems Analysis, Tucson – Arizona, 12-15 September, 2010.
de Marinis G., Granata F. e Tricarico C. (2010) “Relazione Generale - Idraulica Urbana: L'evoluzione del servizio idrico in aree urbane” T i h l dif d ll’i i t Atti 31° C di i t 16 19 Gi 2010 di Gi F NTecniche per la difesa dall’inquinamento, Atti 31° Corso di aggiornamento, 16-19 Giugno 2010, a cura di Giuseppe Frega, NuovaEditoriale Bios, ISBN 88-6093-073-1
Gargano R., Tricarico C. e de Marinis G. (2011). A probabilistic analysis of the residential water demand. Proceedings of the Computing and Control in the Water Industry Congress “Water Management for the 21st Century”, 4-7 September 2011, Exeter (UK).
Di Cristo C., Leopardi A., de Marinis G. (2011) Water infrastructure protection against intentional attacks. An experience in Italy. Frontiers of Earth Science Vol 5 390 399 ISSN:2095 0229Earth Science, Vol.5, 390-399, ISSN:2095-0229.
Gargano, R. (2012). La conoscenza della richiesta idropotabile: presupposto irrinunciabile per mirate politiche gestionali. Atti del 5°Seminario - La diagnosi e la gestione dei sistemi idrici, L’Acqua, AII, Suppl. al n. 4, ISSN 11251255.
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Prodotti della ricerca UR UNICLAM 2/2
Di Cristo C., Esposito G., Leopardi A. (2011) Calibration of kinetic constant for predicting trihalomethanes formation in water distribution networks Proceedings of XXXIV IAHR Congress, Brisbane, 2032-2038, ISBN 978-0-85825-868-6.
Di Cristo C., Leopardi A., de Marinis (2011) Water infrastructure protection against intentional attacks: the experiences of two European Research Projects. (Chapter 20). In: Clark R. M., Simon H., Ostfeld A. (eds.) Handbook of Water and Wastewater Systems Protection. S i P t ti C iti l I f t t S i N Y k 397 418 ISBN 978 1 4614 0188 6Series: Protecting Critical Infrastructures, Springer, New York, 397-418, ISBN:978-1-4614-0188-6.
Tricarico, C., Gargano, R., de Marinis, Morley, M.S., G., Kapelan, Z., and Savic, D. (2012). The influence of network topology on water distribution system performance. Proceedings 10th International Conference on Hydroinformatics, Hanburg - Understanding ChangingClimate and Environment and Finding Solutions, Germany, 14-17 July 2012.
Di Palma, F. e Gargano, R. (2012). Un modello a impulsi rettangolari per la generazione della domanda idrica residenziale. Atti del XXXIIIConvegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche Brescia 10 15 settembre 2012Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche – Brescia, 10-15 settembre 2012.
Tricarico, C., Gargano, R. e de Marinis, G. (2012). L'incidenza dello schema topologico sull'affidabilità dei sistemi di distribuzione idrica. Atti del XXXIII Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche – Brescia, 10-15 settembre 2012.
Di Cristo C., Esposito G., Leopardi A. (2012) Comparison between empirical formulae and a first order kinetic model for modellingtrialomethanes formation in water systems. Atti del XXXIII Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, Brescia.
Di Palma F and Gargano R (2012) A flow demand model for residential users Proceedings of the 14th Annual International SymposiumDi Palma, F. and Gargano, R. (2012). A flow demand model for residential users. Proceedings of the 14 Annual International Symposium on Water Distribution Systems Analysis, Adelaide - South Australia, 24-27 September 2012, ISBN 978-1-922197-58-9.
Di Cristo C., Esposito G., Leopardi A. (2012) Modelling trihalomethanes formation in water supply systems. Environmental Technology, ISSN:0959-3330.
Di Cristo C., Esposito G., Leopardi A., de Marinis G. (2012) Empirical formulae for modelling trihalomethanes formation in water supply systems Quinto Seminario su “La diagnosi e la gestione dei sistemi idrici” L’Acqua AII Supplemento al N 4 201-208 ISSN 1125-systems. Quinto Seminario su La diagnosi e la gestione dei sistemi idrici , L Acqua, AII, Supplemento al N. 4, 201 208, ISSN 11251255.
De Marinis G., Tricarico C., (2012), "Revisione e Aggiornamento del PRGA", Tecniche per la difesa dall’inquinamento, Atti 33° Corso di aggiornamento, 20-23 Giugno 2012, a cura di Giuseppe Frega, Nuova Editoriale Bios, ISBN 978-88-97181-16-3
Morley S.M., Tricarico C., de Marinis G., (2012) "Multiple-Objective Evolutionary algorithm Approach to Water Distribution System Model Design", ASCE, Proceeding of 14th International Water Distribution Systems Analysis conference, Settembre 2012, Adelaide, SADesign , ASCE, Proceeding of 14th International Water Distribution Systems Analysis conference, Settembre 2012, Adelaide, SA
Marchi A. et al, "The Battle of the Water Networks II", (2012) Journal of Water Resources Planning and Management, submitted for publication.
Tricarico, C., Gargano, R., de Marinis, G., Morley M.S., Kapelan, Z., Savic, D. A. (2012) " The influence of the existing network layout on WDS rehabilitation analysis ", Journal of Hydroinformatics, submitted for publication
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