Relazioni delle esercitazioni sulla rete di distribuzione idrica

ORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA CIVILE PER L AMBIENTE E IL

TERRITORIO

CORSO DI GESTIONE E MANUTENZIONE DELLE OPERE IDRAULICHE

Riabilitazione e ottimizzazione di una rete di distribuzione

idrica in condizione stazionaria

Indice

1. Premessa ....................................................................................................................................... 3

2. Modellazione della rete in EPANET ............................................................................................ 3

3. Studio della condizione deficitaria ............................................................................................... 4

4. Riabilitazione della rete ................................................................................................................ 6

5. Ottimizzazione della rete ............................................................................................................ 14

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1. Premessa

La rete di distribuzione idrica è un sistema acquedottistico complesso che ha la funzione di distribuire

l’acqua ai singoli utenti all’interno della zona da servire. La rete è performante quando in ogni suo

nodo viene soddisfatto un carico minimo pari a Con la presente relazione si vuole

+ 5 .

illustrare la riabilitazione e l’ottimizzazione di una rete di distribuzione idrica resa appositamente

deficitaria. Pertanto, sono state condotte due simulazioni, una sulla rete resa deficitaria e l’altra sulla

rete riabilitata. Le simulazioni sono state fatte con il metodo matriciale di Newton-Raphson mediante

l’utilizzo del software di simulazione idraulica EPANET sulla rete idrica precedentemente verificata

in condizione stazionaria.

2. Modellazione della rete in EPANET

In entrambe le simulazioni la rete è stata modellata in EPANET come fatto per la simulazione in

condizione stazionaria:

- il serbatoio è stato modellato come “reservoir”;

- la condotta di avvicinamento e i tronchi sono stati modellati come “pipes”;

- i nodi sono stati modellati come “junction”.

Con questa modellazione si è giunti alla seguente schematizzazione della rete idrica.

Figura 1. Modello della rete di distribuzione in EPANET.

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3. Studio della condizione deficitaria

La rete di distribuzione è deficitaria quando almeno in un nodo non è soddisfatto il carico minimo di

funzionamento che nel caso specifico è di 20 m in termini di colonna d’acqua.

Per rendere la rete deficitaria si è deciso di aumentare la richiesta idrica in sei nodi della rete (nodi C,

G, I, D, E ed F) immaginando un incremento della base demand in seguito alla nascita di nuovi

insediamenti abitativi e poli attrattivi. Rispetto alla condizione iniziale di rete performante, la base

demand è stata aumentata di 5 l/s nei nodi C, D, F e G, di 10 l/s nel nodo I e di 11 l/s nel nodo E.

Figura 2. Risultati della simulazione Demand Driven.

L’aumento della base demand ipotizzato non garantisce il soddisfacimento del carico minimo in

nessun nodo della rete perché in ogni nodo la pressione è inferiore a 20 m, pertanto, la rete è stata

così resa deficitaria.

La simulazione di cui sono stati riportati i risultati è una simulazione Demand Driven in cui la

domanda è un termine noto (ad ogni nodo è stata assegnata una Base Demand). Quando la pressione

non viene soddisfatta in ogni nodo, la portata richiesta diventa funzione della pressione che si ha nel

nodo che a sua volta è funzione della richiesta idrica.

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Pertanto, per evitare che il sistema entri in crisi, bisogna condurre una simulazione Pressure Driven

ovvero una simulazione in cui è la pressione che determina la portata ed è la portata erogata che

determina automaticamente la pressione nel nodo.

Figura 3. Interfaccia delle proprietà idrauliche.

Di seguito si riportano i risultati della simulazione Pressure Driven.

Figura 4. Risultati della simulazione Pressure Driven.

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4. Riabilitazione della rete

Per riabilitare la rete sono state condotte diverse simulazioni Pressure Driven in cui sono state

ipotizzate diverse possibili soluzioni con l’obiettivo di ristabilire un carico minimo di 20 m in ogni

nodo della rete.

Non essendo garantito il carico minimo nel nodo prossimo alla condotta di avvicinamento (nodo A),

tutte le soluzioni prevedono degli interventi strutturali (cambio diametro e/o raddoppio) sulla condotta

di avvicinamento. Di seguito si riportano alcune delle soluzioni analizzate.

- Soluzione 1

Come prima soluzione si è pensato di prevedere il raddoppio della condotta di avvicinamento.

Figura 5. Schematizzazione della soluzione 1.

Il diametro minimo in grado di riabilitare la rete senza effettuare altri interventi strutturali è il DN250.

Figura 6. Proprietà del raddoppio.

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Di seguito si riportano i risultati della simulazione relativi alla prima soluzione.

Figura 7. Risultati della prima simulazione relativi a nodi e tronchi.

Raddoppiando la condotta di avvicinamento con una tubazione delle caratteristiche su riportate la rete

viene riabilitata in quanto in ogni nodo si riesce a garantire nuovamente un valore di pressione

compatibile con la condizione di funzionamento. 7

- Soluzione 2

Come seconda soluzione si è pensato di prevedere il raddoppio della condotta di avvicinamento con

il diametro minimo che consenta di riabilitare il nodo A e il raddoppio di uno dei tronchi prossimo al

nodo della rete più deficitario (nodo I).

Figura 8. Schematizzazione della soluzione 2.

Per entrambi i raddoppi sono stati previsti i diametri minimi in grado di riabilitare la rete, in

particolare il diametro minimo del raddoppio in grado di riabilitare il nodo A è il DN200 mentre

quello del tronco IG è il DN80. Figura 9. Proprietà dei raddoppi.

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Di seguito si riportano i risultati della simulazione relativi alla seconda soluzione.

Figura 10. Risultati della seconda simulazione relativi a nodi e tronchi.

Raddoppiando la condotta di avvicinamento e il tronco IG la rete viene riabilitata. I valori di pressione

nei nodi sono inferiori rispetto a quelli che si hanno riabilitando la rete con la prima soluzione

analizzata. 9

- Soluzione 3

Come terza soluzione si è pensato di prevedere il raddoppio della condotta di avvicinamento con il

diametro minimo che consenta di riabilitare il nodo A e il raddoppio del tronco più corto della rete

(tronco AH). Figura 11. Schematizzazione della soluzione 3.

Per il diametro del raddoppio è stato previsto il minimo in grado di riabilitare il nodo A cioè il DN200

mentre per il diametro del raddoppio del tronco AH è stato previsto il minimo in grado di riabilitare

la rete cioè il DN150. Figura 12. Proprietà dei raddoppi.

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Di seguito si riportano i risultati della simulazione relativi alla quarta soluzione.

Figura 13. Soluzioni della quarta simulazione relativi a nodi e tronchi.

Raddoppiando la condotta di avvicinamento e il tronco AH la rete viene riabilitata.

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- Soluzione 4

Come quarta soluzione si è pensato di prevedere il raddoppio della condotta di avvicinamento con il

diametro minimo che consenta di riabilitare il nodo A e il raddoppio di entrambi i tronchi raddoppiati

nelle due precedenti soluzioni ipotizzate (tronco IG e tronco AH).

Figura 14. Schematizzazione della soluzione 4.

Per il diametro del raddoppio è stato previsto il minimo in grado di riabilitare il nodo A cioè il DN200,

per il diametro del raddoppio del tronco IC è stato previsto il minimo in grado di riabilitare la rete

cioè il DN100. Figura 15. Proprietà dei raddoppi.

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Di seguito si riportano i risultati della simulazione relativi alla quarta soluzione.

Figura 16. Risultati della quarta simulazione in termini di nodi e tronchi.

Raddoppiando la condotta di avvicinamento e i tronchi AH e IG la rete viene riabilitata. I valori di

pressione nei nodi sono leggermente superiori a quelli che si hanno riabilitando la rete con una delle

due soluzioni di cui si combina la presente. 13

5. Ottimizzazione della rete

Le soluzioni ipotizzate e studiate per la riabilitazione della rete sono state in seguito sottoposte a delle

valutazioni economiche basate su dei metodi di ottimizzazione multi-obiettivo al fine di ottenere la

soluzione con maggiore affidabilità e minor costo.

Le valutazioni economiche sono state effettuate mediante l’utilizzo di un software utilizzando la

tecnica dell’enumerazione. Per ogni soluzione il software fornisce i valori delle pressioni in ogni nodo

e il costo totale dell’intervento.

Di seguito si riportano i risultati ottenuti per ogni soluzione analizzata.

- Soluzione 1 14

- Soluzione 2 15

- Soluzione 3 16

- Soluzione 4 17

Analizzando i risultati ottenuti la soluzione ottimale risulta essere la quarta, questa prevede il

raddoppio della condotta di avvicinamento e il raddoppio dei tronchi AH e IG.

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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI CASSINO E DEL LAZIO

MERIDIONALE

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE E MECCANICA

C ’

ORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA CIVILE PER L AMBIENTE E IL

TERRITORIO

CORSO DI GESTIONE E MANUTENZIONE DELLE OPERE IDRAULICHE

Verifica di una rete di distribuzione idrica in condizione non

stazionaria

Indice

1. Premessa ....................................................................................................................................... 3

2. Modellazione della rete in EPANET ............................................................................................ 3

3. Assegnazione dei dati di input ...................................................................................................... 4

4. Simulazione e verifica della rete ................................................................................................... 8

5. Analisi dei risultati ...................................................................................................................... 11

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1. Premessa

La rete di distribuzione idrica è un sistema acquedottistico complesso che ha la funzione di distribuire

l’acqua ai singoli utenti all’interno della zona da servire. La rete di distribuzione non funziona sempre

in condizione stazionaria in quanto la portata richiesta dalle utenze è una portata variabile nel tempo,

pertanto, se si vuole simulare la variabilità della richiesta idrica è necessario condurre una simulazione

non stazionaria.

La presente relazione vuole illustrare la verifica di una rete di distribuzione idrica in condizione non

stazionaria mediante l’utilizzo del software di simulazione idraulica EPANET. Si parla di analisi non

stazionaria e non di analisi dinamica perché EPANET non è in grado di fare una simulazione dinamica

ma riesce esclusivamente a simulare ciò che accade facendo una successione di analisi in condizione

sta