LA REGOLAZIONE DEL SERVIZIO IDRICO INTEGRATO: PROBLEMI E PROSPETTIVE

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1 1 di 24 LA REGOLAZIONE DEL SERVIZIO IDRICO INTEGRATO: PROBLEMI E PROSPETTIVE DI EVOLUZIONE Rovigo, 30 Giugno 2017 Un nuovo metodo non iterativo per simulazioni istantanee in Pressure Driven con EPANET Ing. Elena Pacchin elena.pacchin@unie.it A new non-iterative method or pressure-driven snapshot simulations with EPANET E. Pacchin, S. Alvisi, M. Franchini

2 C h i s o n o 2 di 24 Elena Pacchin Laureata in Ingegneria Civile con 110 e lode presso l Università degli Studi di Ferrara. PhD Student al 2 anno di Dottorato in Scienze dell Ingegneria seguita dal pro. Marco Franchini e dal pro. Steano Alvisi. Tema del dottorato: «Modellazione e previsione della domanda idrica nelle reti acquedottistiche» Articoli pubblicati su rivista internazionale: Analysis o non-iterative methods and proposal o a new one or pressure-driven snapshot simulations with Epanet. Water Resources Management, 2016; DOI /s A short-term water demand orecasting model using a moving window o previously observed data. Water, 2017, 9, 172; DOI /w

3 C o s è i l P r e s s u r e D r i v e n? 3 di 24 DEMAND DRIVEN il progettista impone una certa domanda ai nodi della rete. Il risultato della simulazione è quindi «dominato» dalla domanda e siamo nelle condizioni di esercizio ideali. PRESSURE DRIVEN a ronte di un deicit di pressione, il progettista vuole conoscere la portata erogata ai nodi della rete. Tale portata dipende dalla pressione esistente nella rete e quindi il risultato della simulazione è «dominato» dalla pressione.

4 C o s è i l P r e s s u r e D r i v e n? 4 di 24 Demand Driven (DD) È incognito il carico di pressione ai nodi È incognita la portata nei tronchi È nota la portata erogata ai nodi ed essa è pari a quella richiesta Quando si utilizza? Eicace in tutte le applicazioni in cui si garantisce il rispetto dei carichi minimi ai nodi Ad esempio nel progetto a minimo costo di una rete con vincolo sul carico minimo ai nodi

5 C o s è i l P r e s s u r e D r i v e n? 5 di 24 Pressure Driven (PD) È incognito il carico di pressione ai nodi È incognita la portata nei tronchi La portata erogata ai nodi ha un valore che dipende dal carico di pressione Quando si utilizza? Eicace nei casi in cui può veriicarsi un deicit di pressione perché individua i nodi in cui la domanda idrica non è del tutto (o per nulla) soddisatta Ad esempio per la chiusura o messa uori servizio di un tronco della rete o di un impianto di sollevamento

6 C o s è i l P r e s s u r e D r i v e n? 6 di 24 Rete test: sottoponiamo la rete a un deicit di pressione. I due serbatoi (R1 e R2), con un unzionamento a pieno regime, erogano acqua con un carico H=70 m. Per testare la rete lo abbassiamo da 70 m a 40 m. In azzurro le quote in metri dei nodi. R1 R2

7 C o s è i l P r e s s u r e D r i v e n? 7 di 24 Demand Driven Pressure Driven Pressioni negative ai nodi! Questo scenario non è realistico

8 C o s è i l P r e s s u r e D r i v e n? 8 di 24 Demand Driven in condizioni di deicit di pressione non è aidabile

9 C o s è i l P r e s s u r e D r i v e n? La relazione esistente tra carico totale e portata erogata al nodo si può esprimere come: min 0 se Hi Hi Q Q H H H req des Qi se Hi Hi req min des i i i se i i i La portata è nulla se il carico scende al di sotto di un valore minimo preissato H min se il carico è sopra la soglia minima ma sotto il valore desiderato la portata ha un valore intermedio tra 0 e Q req, perchè α ha un valore compreso tra 0 e 1 La portata è pari al valore richiesto se il carico è superiore al valore desiderato H des Nella situazione intermedia, come viene stabilito il valore di α?

10 C o s è i l P r e s s u r e D r i v e n? Carico presente al nodo i i i Carico desiderato al nodo des H, H, H min Carico minimo al nodo 10 di 24 Q H H min req i i i Qi des min Hi Hi Q H H min req 2 i i i Qi sin des min Hi Hi Wagner et al. (1988) Tucciarelli et al. (1999) Q min 2 des min req ( Hi Hi ) (3Hi 2 Hi Hi ) i Qi des min 3 ( Hi Hi ) Fujiwara and Ganesharajah (1993)

11 S i m u l a z i o n i P r e s s u r e D r i v e n i n E PA N E T 11 di 24 Modelli Pressure Driven ottenuti usando un simulatore DD come EPANET (sotware ree distribuito dall EPA) con opportune modiiche basati su versioni modiicate dell algoritmo del gradiente modiicando le DLL di EPANET con un procedimento iterativo e manuale modiicando la rete dall interaccia di EPANET aggiungendo ad ogni nodo di domanda una determinata stringa di dispositivi

12 S i m u l a z i o n i P r e s s u r e D r i v e n i n E PA N E T (a) PRV Emitter - E 12 di 24 ( a) b) ) ) PRV Emitter - E FCV Node FCV (a) (b) Bertola FCV e Nicolini (2006) CV 0 FCV CV Em Babu e Mohan (2012) 0 GPV No (b) W / T / F PRV Emitter - E FCV Node (e) n CV ML FCV n CV(e) ml 0 Gorev FCV e Kodzhespirova (2013) Sayyed et al. (2014) (e) (c) n 0 CV ML CV Rese GPV W / T / F CV 0 CV Reservoir -- R FCV CV 0 Emitter - E CV 0 (c) Emitter - E GPV W T F CV 0 / / ( de n CV 0 COSA HANNO IN COMUNE QUESTE STRINGHE?

13 a) b) ) ) S i m u l a z i o n i P r e s s u r e D r i v e n i n E PA N E T (a) PRV Emitter - E 13 di 24 ( WAGNER PRV Emitter - E FCV Node FCVn CV CV Rese 0 Reservoir ML - R (a) (b) (c) ( Bertola FCV e Nicolini (2006) CV 0 modulazione FCV CV Em Babu e Mohan (2012) 0 GPV No (b) W / T / F PRV Emitter - E FCV Node (e) n CV ML GPV W / T / F CV 0 Node WAGNER n FCV CV (e) 0 - FCV CV 0 Emitter - E ml WAGNER Gorev FCV e Kodzhespirova CV (2013) Emitter - E 0 Sayyed et al. (2014) GPV W T F CV 0 (e) / / (c)..nessuna de n CV 0 COSA HANNO IN COMUNE QUESTE STRINGHE?

14 a) GPV W / T / F CV 0 V Emitter WAGNER FCV CV(e) FCV CV ml - E FCV WAGNER 0 0 CV ML b) ) (c) Gorev FCV e Kodzhespirova CV (2013) Emitter - E 0 Sayyed et al. (2014) GPV / / Reservoir V) CV 0 W T F CV FCV 0 Node - R n CV 0 Emitter - E de n (e) GPV W T F CV 0 / / (a) PRV Emitter - E Pacchin et al. (2017) 14 di 24 WAGNER PRV Emitter - E FCV Node FCVn CV CV Rese 0 Reservoir ML - R (a) (b) (c) ( Bertola FCV e Nicolini (2006) CV 0 modulazione FCV CV Em Babu e Mohan (2012) 0 GPV No (b) W / T / F PRV Emitter - E FCV Node (e) n CV ML CV 0 S i m u l a z i o n i P r e s s u r e D r i v e n i n E PA N E T (e) (c)..nessuna CV Emitter - E (

15 a) GPV W / T / F CV 0 FCV Node Node V Emitter - E FCV WAGNER n FCV CV 0 CV ML b) ) Gorev e Kodzhespirova (2013) Emitter - E Sayyed et al. (2014) Reservoir V) GPV / / CV W T F CV FCV 0 Node - R n CV 0 Emitter - E de n WAGNER FCV CV (e) ml 0 (c) FCV CV 0 0 (e) (e) QUALUNQUE GPV W / T / F CV 0 (a) PRV Emitter - E Pacchin et al. (2017) 15 di 24 WAGNER PRV Emitter - E FCV Node FCVn CV CV Rese 0 Reservoir ML - R (a) (b) (c) ( Bertola FCV e Nicolini (2006) CV 0 modulazione FCV CV Em Babu e Mohan (2012) 0 GPV No (b) W / T / F PRV Emitter - E FCV Node (e) n CV ML CV 0 S i m u l a z i o n i P r e s s u r e D r i v e n i n E PA N E T (c)..nessuna CV Emitter - E RELAZIONE (

16 S i m u l a z i o n i P r e s s u r e D r i v e n i n E PA N E T 16 di 24 Reservoir 0 m 50 m H re d 0.5 m L 1 m C 130 req Q min H des H 1 l/s 10 m 40 m z 0 m n (a) PRV Emitter - E Bertola e Nicolini (2006) (c) Node (b) FCV CV 0 Node (e) GPV W / T / F C

17 S i m u l a z i o n i P r e s s u r e D r i v e n i n E PA N E T 17 di 24 Reservoir 0 m 50 m H re d 0.5 m L 1 m C 130 req Q min H des H 1 l/s 10 m 40 m (a) z 0 m n PRV Emitter - E FCV (c) (b) FCV CV 0 (e) GPV W T F CV 0 / / Babu e Mohan (2012) FCV

18 S i m u l a z i o n i P r e s s u r e D r i v e n i n E PA N E T 18 di 24 Reservoir 0 m 50 m H re d 0.5 m L 1 m C 130 req Q min H des H 1 l/s 10 m 40 m z 0 m n (c) FCV FCV CV ml CV 0 Emitter - E Gorev e Kodzhespirova (2013) CV 0

19 S i m u l a z i o n i P r e s s u r e D r i v e n i n E PA N E T 19 di 24 Reservoir 0 m 50 m H re d 0.5 m L 1 m C 130 req Q min H des H 1 l/s 10 m 40 m (c) z 0 m n FCV CV ML FCV CV 0 Emitter - E Sayyed et al. (2014) CV 0

20 S i m u l a z i o n i P r e s s u r e D r i v e n i n E PA N E T 20 di 24 Reservoir Emitter - E 0 m 50 m L 1 m C 130 H re d 0.5 m 0 z 0 m n req Q min H des H 1 l/s 10 m 40 m (c) FCV CV ML CV FCV CV 0 Emitter - E (e) GPV W T F CV 0 / / Pacchin et al. (2016)

21 C a s i S t u d i o : S i m u l a z i o n i i s t a n t a n e e 21 di 24 Caso Studio 1: È una rete ad albero alimentata da un reservoir e presenta una valvola PSV (valvola che sostiene la pressione) subito a valle del reservoir. Utilizziamo questo caso studio per veriicare la compatibilità delle stringhe con la valvola PSV Caso Studio 2: È la rete del centro storico di Ferrara. È caratterizzata da nodi con quote omogenee ed è alimentata da due reservoir posti alla stessa altezza. min des I valori dei carichi di pressione H e H vengono assunti pari a 25 m e 30 m in tutti i nodi. I risultati ottenuti da EPANET sono stati conrontati con un algoritmo Pressure-Driven sviluppato in Matlab da Alvisi e Franchini (2007).

22 C a s o S t u d i o 1 : d i s c u s s i o n e d e i r i s u l t a t i 22 di 24 Metodo Errore Medio [L/s] [%] Errore Minimo [L/s] [%] Errore Massimo [L/s] [%] PRV E Unbalanced Unbalanced Unbalanced FCV CV 0 R Unbalanced Unbalanced Unbalanced FCV CV ml R 0.03 (0.07) 0.01 (0.04) 0.12 (0.11) FCV CV 0 E 0.02 (0.04) 0.00 (0.00) 0.13 (0.12) GPV W CV 0 R 0.03 (0.08) 0.01 (0.01) 0.15 (0.08) GPV T CV 0 R (0.15) 0.00 (0.00) 0.17 (0.71) GPV F CV 0 R (0.08) 0.00 (0.00) 0.07 (0.29)

23 C a s o S t u d i o 2 : d i s c u s s i o n e d e i r i s u l t a t i 23 di 24 Errore Medio Errore Minimo Errore Massimo Metodo [L/s] [%] [L/s] [%] [L/s] [%] FCV CV ml R (2.25) 0.00 (0.00) (23.71) FCV CV 0 E (0.31) 0.00 (0.00) (0.64) GPV W CV 0 R (0.33) 0.00 (0.00) (0.68) GPV T CV 0 R (0.56) 0.00 (0.00) (1.36) GPV F CV 0 R (0.29) 0.00 (0.00) (0.79)

24 C o n c l u s i o n i 24 di 24 Deicit di pressione Condotta in manutenzione Perdite nella rete Malunzionamento impianti di sollevamento Modelli Pressure Driven Modelli Demand Driven Approccio DD as PD: Bertola and Nicolini (2006) Babu and Mohan (2012) Gorev and Kodzhespirova (2013) Sayyed et al. (2014) Pacchin et al. (2016) Modelli Pressure Driven

25 25 di 24 LA REGOLAZIONE DEL SERVIZIO IDRICO INTEGRATO: PROBLEMI E PROSPETTIVE DI EVOLUZIONE Rovigo, 30 Giugno 2017 Grazie per la vostra attenzione Ing. Elena Pacchin elena.pacchin@unie.it Un nuovo metodo non iterativo per simulazioni istantanee in Pressure Driven con EPANET