Università degli Studi di Ferrara Polo Scientifico Tecnologico

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1 La rcerca scentfca talana nel campo dell draulca: presentazone de rsultat de progett PRIN 2008 Ferrara, gennao 2013 ADATTAMENTO DEI SISTEMI E DEI SERVIZI IDROPOTABILI A SCENARI DI CARENZA IDRICA (coordnatore nazonale: Prof. Carlo Capon) UNITA DI RICERCA UNIVERSITA DEGLI STUDI DI PAVIA C. Capon, L. Franchol, E. Murar, S. Papr (coordnatore locale: Prof. Carlo Capon) Anals prestazonale per l'adattamento de sstem acquedottstc a stuazon d carenza drca Unverstà degl Stud d Ferrara Polo Scentfco Tecnologco 1

2 OBIETTIVO DELLA RICERCA: messa a punto d una metodologa d anals Idraulca atta a confrontare, per quanto rguarda l lvello d servzo dell utenza, stratege alternatve d adattamento n sstem drc n condzon d carenza drca STRATEGIE DI ADATTAMENTO Razonamento dell acqua dstrbuta, attuato attraverso l controllo della pressone n rete, ottenble con dverse modaltà alternatve COMPARAZIONE fra le dverse alternatve con strumento d anals draulca che DEVE: a) per ogn soluzone alternatva: quantfcare le prestazon con ndc che abbano un charo sgnfcato fsco b) operare correttamente anche n stuazon d defct pressoro (approcco Pressure Drven") c) tenere conto della varabltà temporale della domanda d) tenere conto d probabl fallanze meccanche e) essere applcable anche a ret d grand dmenson 2

3 Capon, C., Franchol, L., and Papr, S. (2012). Smplfed Procedure for Water Dstrbuton Networks Relablty Assessment. J. Water Resour. Plann. Manage., 138(4), PROCEDURA: quantfca l lvello prestazonale della soluzone esamnata attraverso una VALUTAZIONE SEMPLIFICATA dell AFFIDABILITA AFFIDABILITA : capactà d soddsfare la rchesta dell utenza nel corso del perodo soggetto a valutazone, n relazone alle molteplc condzon d eserczo (ordnare e straordnare) che possono ntervenre. Msura dell affdabltà: R= WA WR Prego: sgnfcato fsco semplce e charo rferble al lvello d prestazone fornto all utenza Calcolo: tene conto delle molteplc condzon d lavoro a cu l sstema è soggetto per quanto rguarda: eventual stat d fallanza meccanca (ndsponbltà d un tronco n relazone alla sua messa fuor servzo per manutenzone) varazone della domanda nel tempo 3

4 Domanda drca: rferta ad un gorno tpo nell ambto del quale vara n modo determnstco secondo un drogramma oraro (o boraro, troraro, quadroraro) PER OGNI SOLUZIONE PROGETTUALE ESAMINATA sono prese n esame le dverse condzone d lavoro che, per effetto d fallanze meccanche, possono ntervenre durante la vta dell mpanto: - condzone 1: funzonamento peno d tutte le component del sstema - condzone 2: messa fuor servzo del tronco 1 Ad ogn condzone d lavoro - condzone 3: messa fuor servzo del tronco 2 è assocato un valore d probabltà condzone k: messa fuor servzo del tronco NT-esmo Per ogn condzone d lavoro, vene svolta una verfca draulca per ogn ntervallo d tempo a cu corrsponde un partcolare valore della domanda 4

5 INDICATORI DI PRESTAZIONE (Wagner et al., 1988; Gupta & Bhave, 1996; Gargano & Panese, 2000) n R j,k = Q j,,k =1 n Indce locale per ogn condzone d lavoro Qr j, I = ndce ntervallo d tempo n cu l gorno tpo è dvso ( = 1, n) =1 NN RRk = K = ndce condzone d lavoro (k = 1, NS) n Q j,,k j =1 =1 NN n Qr Indce globale per ogn condzone d lavoro j, Q = portata effettvamente erogata Qr = portata rchesta j =1 =1 (R NS Rj = j,k J = ndce nodo (J = 1, NN) wk ) k =1 Indce locale pesato su tutte le condzone d lavoro Wk = probabltà assocata alla condzone d lavoro NS RR = (RRk k =1 wk ) Indce globale pesato su tutte le condzone d lavoro no calcol d verfca = no ntervall drogramma * (no tronch + 1) 5

6 INDICATORI SUPPLEMENTARI (Gupta & Bhave, 1994) Ft=fattore temporale, Fn = fattore nodale per tenere conto della dversa gravtà connessa alla dstrbuzoe spazale e temporale delle fallanze Defct (Qr-Q)/Qr per % tempo per % nod RR Rj Ft Fn RRc 1 (accettable) 10% 100% 100% (grave) 100% 10% 100% (gravssma) 100% 100% 10% 0 10% nod 1 90% nod Gravtà stuazone Per ogn condzone d lavoro βj,=1 se Qj,/Qrj, valore accettable (ad esempo: 0,5) NN n β j, t Ft = βj,=0 se Qj,/Qrj, < valore accettable (ad esempo: 0,5) j T = durata totale perodo consderato NN T NN Fn = R j j 1 / NN RRk corretto = Ft Fn RRk La correzone va applcata ad ogn ndce globale calcolato con rfermento ad una specfca condzone d lavoro 6

7 ANALISI PROBABILISTICA DELLE FALLANZE MECCANICHE (Khoms et al. 1996; Gargano and Panese 2000; Tanymboh et al. 2001) Le condotte sono element rparabl. L anals probablstca della fallanza meccanca può essere svolta a partre da concett d dsponbltà (avalablty) A e d ndsponbltà (unavalablty) U A = MTTF MTTF + MTTR MTTR = U = 1 A = MTTR MTTR + MTTF p(0) = A NT =1 MTTF = p( f ) = p(0) U A f f 1 µ 365 λ L MTTF = Tasso medo d fallanza; MTTR = Tempo medo d rparazone Tasso d rparazone TASSO DI ROTTURA [rott./(km*anno)] Valor d rfermento Basso λ < 0.2 Medo 0.2 < λ < 0.4 Alto λ > 0.4 7

8 SIMULAZIONE IDRAULICA basata su approcco Pressure Drven Legge: Q= Q (p) Q = α Qr α=1 for H Hr α=0 for H Hmn 0<α<1 for Hmn < H < Hr H H mn α= Hr H mn 1/ β Wagner et al.(1988) 8

9 SOLUTORE: EPANET-2 con opzone Emtters Emtters: Q = C ( H z )γ (1) Assumendo: Q = Qr per H = Hr s ottene: C = Qr ( Hr z )γ che per Hmn= z e γ=1/β H H mn α= Hr H mn 1/ β N.B. nell equazone d Wagner, a dfferenza che nella (1), 0<Q<Qr Procedura teratva: 1) 2) 3) Calcolo convenzonale DDA Calcolo con emtters poszonat dove H < Hr Calcolo assumendo Q=0 ne nod emtters dove Q<0 e assumendo Q=Qr ne nod emtters dove Q>Qr 9

10 CASO DI STUDIO: rete della cttà d Pava RETE DI PAVIA Soluton A Node Soluton B z [m] H [m] Q [l/s] H [m] Q [l/s] nc nc almentazon 2 soluzon progettual 1 almentazone (solo 116) 143 nod, 206 tronch e 64 magle 10

11 Trend of performance ndcators dependng on head-loss coeffcents 1.05 RRA RRB RRcA RRcB 1 P.I Head losses coeffcent 11

12 Trend of performance ndcators dependng on demand coeffcents 1.02 RRA RRB RRcA RRcB 1 8 P.I Flow rate multpler 12

13 ASPETTI CRUCIALI a fn dell applcazone della procedura: 1) Defnzone della relazone d legame Q = Q(p) 2) Stma del tasso d rottura delle tubazon RICERCHE AFFRONTATE da U.R. dell Unverstà d Pava C.Capon, L. Franchol (2010) - Indagn spermental sul tasso d fallanza delle condotte delle ret d dstrbuzone drca - Workshop La progettazone e la gestone de sstem acquedottstc e fognar H2O, Ferrara, maggo Capon C., Franchol L., Murar E., Papr S. (2012) - Un modello d legame Q-H per l'anals PDA delle ret d dstrbuzone drca - Att del XXXII Convegno Nazonale d Idraulca e Costruzon Idraulche. Bresca, settembre. 13