Sistemi Idrici: Acquedotti

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1 Corso di Gestione dei Servizi Idrici Anno Lezione 1/2/1 Sistemi Idrici: Acquedotti LaboratoRI S.p.A. Gruppo ACEA ing. Maria Pia MARTINICO ing. Walter ZARLENGA

2 Complesso di opere necessarie per: la captazione il trasporto l accumulo la distribuzione dell acqua per usi pubblici, privati, industriali, etc. ACQUEDOTTO CAPTAZIONE TRASPORTO ACCUMULO DISTRIBUZIONE DISTRIBUTRICI CENTRI DI DISTRIBUZIONE (ACCUMULO) ALIMENTATRICI OPERA DI CAPTAZIONE ACQUEDOTTO CENTRO DI SMISTAMENTO ADDUTTRICI DISTRIBUTRICI DISTRIBUTRICI ALIMENTATRICI

3 DIMENSIONAMENTO DELLE OPERE ACQUEDOTTISTICHE LE CONDOTTE DI ADDUZIONE I SERBATOI LE RETI DI DISTRIBUZIONE STIMA DEI FABBISOGNI : per il dimensionamento delle opere acquedottistiche occorre determinare il quantitativo d acqua necessario a soddisfare la domanda idrica

4 LA STIMA DEI FABBISOGNI I consumi idrici di un centro abitato si possono distinguere per il tipo di utenza: utenze domestiche (abitazioni private) utenze non domestiche: o industriali, artigianali, commerciali, turistiche o edifici pubblici, servizi vari (scuole, ospedali, caserme, prigioni, uffici, innaffiamento strade e verde pubblico, fontane, idranti, lavaggio fognature, etc.) a questi occorre aggiungere i consumi dovuti alle perdite Per superare le difficoltà della stima dei fabbisogni idrici partendo dalle suddette componenti, si fa riferimento al concetto di dotazione idrica (consumo medio giornaliero per abitante) espressa in l/d x ab. La previsione dei fabbisogni idrici comporta tre fasi: la stima della popolazione che deve essere servita la assegnazione della dotazione idrica la stima della variabilità dei consumi

5 LA STIMA DEI FABBISOGNI La stima della popolazione futura La valutazione della popolazione da servire all orizzonte temporale corrispondente alla durata tecnico-economica delle opere da realizzare (30-40 anni) deve considerare: gli abitanti residenti gli abitanti non residenti (pendolari e flusso turistico) I metodi di stima si basano su: applicazione di leggi di crescita ai dati storici di popolazione dati relativi al patrimonio edilizio dati relativi alla presenza di particolari servizi e attrezzature previsioni di attuazione dei programmi urbanistici

6 LA STIMA DEI FABBISOGNI La dotazione idrica Per la progettazione degli impianti è importante determinare la dotazione idrica relativa ai: consumi medi annui consumi medi del giorno di massimo consumo La dotazione idrica, che comprende tutti i consumi, incluse le perdite dipende da: condizioni climatiche abitudini e stili di vita livello sociale ed economico (quantità e qualità dei servizi) presenza di industrie e di altre grandi utenze (ministeri, scuole, ospedali, caserme, centri comm.li) disponibilità e costo dell acqua La dotazione idrica aumenta, di norma, all aumentare della popolazione del centro abitato.

7 La valutazione della dotazione idrica LA STIMA DEI FABBISOGNI

8 La variabilità dei consumi I consumi idrici presentano variazioni notevoli nell arco dell anno, del mese, del giorno. Dette variazioni dipendono da molti fattori: livello sociale e abitudini della popolazione avvicendarsi delle stagioni quantità e qualità dei servizi pendolarismo e flussi turistici LA STIMA DEI FABBISOGNI a parità di condizioni, le variazioni tendono ad appiattirsi all aumentare della popolazione. Nei centri abitati non interessati da flussi turistici, le variazioni dei consumi nell arco dell anno (consumi medi mensili) sono dovute essenzialmente a fattori climatici (maggiori consumi nei mesi più caldi). Meno marcate sono le variazioni di consumo durante un generico mese (consumi medi giornalieri). Notevoli sono invece le variazioni di consumo nel corso della giornata (consumi medi orari) (in genere, soprattutto dove prevalgono gli usi domestici, si riscontra una punta di consumo all inizio del mattino e minore alla sera e consumi minimi durante le ore notturne) (vds. diagrammi allegati).

9 LA STIMA DEI FABBISOGNI La variabilità dei consumi Particolare importanza assumono: la portata media del giorno di massimo consumo (Q g ) ai fini del dimensionamento degli impianti di adduzione ed accumulo la portata media dell ora di massimo consumo (Q h ) ai fini del dimensionamento della rete di distribuzione Coeff. di punta dei consumi sono riportati in letteratura, espressi in funzione della grandezza del centro abitato: α g = Q g max Q α = h Q h max Q IMPORTANZA DEL CENTRO ABITATO αg αh Media Medio-alta Molto grande 1,60 1,45 1,30 2,50 2,00 1,70

10 La variabilità dei consumi LA STIMA DEI FABBISOGNI Esempi di curva dei consumi per utenze domestiche e non domestiche Utenti domestici Utenti non domestici Q/Qm :00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Ore Ore Profili di consumo medi ricavati da studi realizzati a Brescia, Perugia e Terni e verificati nel corso di rilievi svolti in alcuni comuni dell ATO2 R. Lazio Roma Q/Qm

11 La variabilità dei consumi LA STIMA DEI FABBISOGNI Curve delle portate immesse in rete in un centro minore

12 La variabilità dei consumi LA STIMA DEI FABBISOGNI Curve delle portate immesse in rete a Roma

13 LA STIMA DEI FABBISOGNI: IL CASO DI UN CENTRO TURISTICO BALNEARE (S. SEVERA) La rete di S. Severa, attualmente carente di un adeguato serbatoio di compenso, comprende sia la frazione prettamente residenziale e oramai consolidata di S. Severa Nord (Tolfa), sia la località di villeggiatura estiva S. Severa in Comune di S. Marinella. Stima della popolazione di progetto L unico dato statistico demografico disponibile è: la popolazione residente al 2001 pari a 1485 ab., di cui 505 ab. a Tolfa e 981 ab. a S. Marinella, che rappresenta una minima percentuale delle presenze nel periodo estivo. Gli abitanti che soggiornano nel periodo estivo (potendo trascurare il pendolarismo giornaliero) sono stati allora stimati moltiplicando la volumetria (mc) delle case esistenti valutata in relazione all estensione delle zone edificate ed all indice caratteristico di edificabilità (mc./mq.) per il volume edilizio medio per abitante, assunto pari ad 80 mc./ab. in considerazione della tipologia prevalente di residenza al mare delle abitazioni presenti. S. Severa (S. Marinella) S. Severa Nord (Tolfa) Totale Sup.edificata (mq.) ind. edificabilità (mc./mq.) 1,1 1,1 cubatura (mc.) Popolazione attuale massima = ab. vol. per ab. (mc.) popolaz. max attuale (ab.)

14 LA STIMA DEI FABBISOGNI: IL CASO DI UN CENTRO ABITATO COSTIERO (S. SEVERA) Per la stima dei fabbisogni futuri, ad un orizzonte temporale coerente con la vita economica utile dell opera di progetto, sono state considerate le previsioni di sviluppo insediativo dei PRG dei due Comuni. Per ognuna delle superfici di possibile espansione edilizia, sulla base dell indice di edificabilità della zona (mc./mq.) fissato dal PRG, è stata calcolata la cubatura delle nuove edificazioni e, assumendo l indice volumetrico capitario di 80 mc./ab., è stata calcolata la relativa popolazione insediabile.

15 LA STIMA DEI FABBISOGNI: IL CASO DI UN CENTRO ABITATO COSTIERO (S. SEVERA) Popolaz. max attuale Popolaz. insediabile nelle zone edificabili previste nel P.R.G. Popolaz. max futura Località e Zone Superficie indice edificabilità cubatura vol. per ab. Popolaz. insediabile (ab.) (mq.) (mc./mq.) (mc.) (mc./ab.) (ab.) (ab.) S. Severa (S. Marinella) Zone E1 di PRG , Zone E2 di PRG Zone E5 di PRG totale S. Severa Nord (Tolfa) Totale ,

16 LA STIMA DEI FABBISOGNI: IL CASO DI UN CENTRO ABITATO COSTIERO (S. SEVERA) Stima della dotazione e della portata di progetto La dotazione idrica del giorno di massimo consumo d g è stata determinata sulla base dei consumi attuali. In particolare, rapportando la portata media mensile immessa in rete nei mesi di luglio ed agosto 2008 (54 l/s) alle attuali presenze estive precedentemente stimate (13792 ab.), si è determinata l attuale dotazione del mese di massimo consumo (338 l/ab/d). Per la dotazione idrica del giorno di massimo consumo di progetto si è pertanto assunto il valore: d = 350 l/ab/g Sulla base della popolazione futura da servire (22066 ab.) e della suddetta dotazione idrica, le portate Q g del giorno di massimo consumo di progetto sono risultate le seguenti: S. Severa S. Severa Nord Totale Popolazione massima futura (ab) Dotazione idrica (l/ab d) Qg (l/s) 86,3 3,1 89,4

17 LE FONTI DI APPROVVIGIONAMENTO: acque sotterranee sorgenti falde acque superficiali corsi d acqua bacini naturali (laghi, mari) e artificiali LA CAPTAZIONE Portate massime prelevate m 3 /s % m 3 /s % da sorgenti da falde da acque superficiali PRG Acquedotti Regione Lazio 1968 Previsioni di utilizzo delle fonti di approvvigionamento

18 LA CAPTAZIONE LE OPERE DI CAPTAZIONE: da sorgenti gallerie cunicoli di raccolta da falde pozzi trincee drenanti da corsi d acqua e bacini naturali o artificiali opere di sbarramento torri di presa

22 LE OPERE DI CAPTAZIONE DA FALDE : POZZI

26 LA CAPTAZIONE: LE SORGENTI DEL PESCHIERA

27 LA CAPTAZIONE: LE SORGENTI DEL PESCHIERA Caverna naturale

28 LA CAPTAZIONE: LE SORGENTI DEL PESCHIERA - Collettrice

29 LA CAPTAZIONE: LE SORGENTI DEL PESCHIERA Rio Peschiera

30 LA CAPTAZIONE: LE SORGENTI DEL PESCHIERA by-pass

31 LA CAPTAZIONE: LE SORGENTI DELLE CAPORE

32 LA CAPTAZIONE: LE SORGENTI DELLE CAPORE

33 provvedono all avvicinamento delle acque dai luoghi di captazione ai luoghi di utilizzazione Tipologie gallerie a pelo libero in pressione tubazioni in pressione LE OPERE DI TRASPORTO PRIMARIE Fattori di scelta entità della portata da derivare carico disponibile caratteristiche orografiche e geologiche dei luoghi disponibilità di vie d accesso per la realizzazione e la manutenzione Requisiti protezione igienica sicurezza (resistenza) durata

34 provvedono all avvicinamento delle acque dai luoghi di captazione ai luoghi di utilizzazione Tipologie gallerie a pelo libero in pressione tubazioni in pressione Fattori di scelta LE OPERE DI TRASPORTO PRIMARIE entità della portata da derivare carico dissipabile caratteristiche orografiche e geologiche dei luoghi disponibilità di vie d accesso per la realizzazione e la manutenzione Requisiti protezione igienica sicurezza (resistenza) durata

35 LE OPERE DI TRASPORTO PRIMARIE Scelta tipologica: Se la portata è cospicua le gallerie a pelo libero (canali con sezione di tipo chiuso) soddisfano meglio i suddetti requisiti, come dimostra l esempio degli antichi acquedotti. Gallerie (a pelo libero o in pressione) vantaggi : di norma molto sicure per la robustezza dei rivestimenti, quelle a pelo libero presentano basse perdite di carico, hanno una lunga vita economica utile svantaggi: regolazione da monte, regolazione lenta, elevata sensibilità agli eventi sismici, alla natura dei terreni attraversati, alla presenza ed alla natura delle acque sotterranee, difficoltà di esclusione dal servizio per consentirne l ispezione periodica Condotte in pressione: la tecnica più frequentemente utilizzata Le caratteristiche di scelta delle tubazioni: diametro materiale spessore eventuali rivestimenti esterno ed interno tipo di giunto le modalità di posa

36 GLI ACQUEDOTTI DI ROMA: il sistema Peschiera - Capore

37 GLI ACQUEDOTTI DI ROMA: il sistema Peschiera Capore

38 LE OPERE DI TRASPORTO PRIMARIE: Sezione galleria dell Acquedotto delle Capore

39 LE OPERE DI TRASPORTO PRIMARIE: Scavo galleria dell Acquedotto delle Capore

40 LE OPERE DI TRASPORTO PRIMARIE: Acquedotti del Simbrivio

41 LE OPERE DI TRASPORTO PRIMARIE: L Acquedotto L Pugliese

42 LE OPERE DI ACCUMULO: I SERBATOI Svolgono la funzione primaria di sopperire, in determinati intervalli di tempo, alla maggiore richiesta della rete di distribuzione rispetto alla portata in arrivo dall acquedotto/adduttrice, e/o di riserva in caso di fuori servizio dell adduzione Tipologie in base alla posizione rispetto alla rete di distribuzione serbatoi di testa serbatoi terminali in base al livello idrico massimo rispetto al piano campagna serbatoi interrati o in galleria serbatoi seminterrati serbatoi pensili CONDOTTA ADDUTTRICE SERBATOIO RETE DI DISTRIBUZIONE

43 LE OPERE DI ACCUMULO: I SERBATOI Svolgono la funzione primaria di sopperire, in determinati intervalli di tempo, alla maggiore richiesta della rete di distribuzione rispetto alla portata in arrivo dall acquedotto/adduttrice, e/o di riserva in caso di fuori servizio dell adduzione Tipologie in base alla posizione rispetto alla rete di distribuzione serbatoi di testa serbatoi terminali in base al livello idrico massimo rispetto al piano campagna TORRE PIEZOMETRICA serbatoi interrati o in galleria serbatoi seminterrati serbatoi pensili CONDOTTA ADDUTTRICE RETE DI DISTRIBUZIONE SERBATOIO

44 LE OPERE DI ACCUMULO: I SERBATOI Svolgono la funzione primaria di sopperire, in determinati intervalli di tempo, alla maggiore richiesta della rete di distribuzione rispetto alla portata in arrivo dall acquedotto/adduttrice, e/o di riserva in caso di fuori servizio dell adduzione Tipologie in base alla posizione rispetto alla rete di distribuzione serbatoi di testa serbatoi terminali in base al livello idrico massimo rispetto al piano campagna serbatoi interrati o in galleria serbatoi seminterrati serbatoi pensili

47 LA RETE DI DISTRIBUZIONE: LA DISTRIBUZIONE tutte le tubazioni che servono per alimentare le varie utenze pubbliche e private Classificazione delle tubazioni condotte alimentatrici: sono le condotte principali di maggiore diametro prive di prese d utenza da cui derivano le distributrici condotte distributrici: sono le condotte dalle quali derivano le prese d utenza Tipologie di reti di distribuzione con serbatoio di testata con serbatoio di estremità (con disconnessione idraulica tra adduttrice e rete) Configurazioni della rete di tipo aperto (ramificata) di tipo chiuso (a maglie) di tipo misto

52 LE RETI DI DISTRIBUZIONE: CRITERI DI DIMENSIONAMENTO Condizioni di servizio da rispettare: 1. Pressione massima : 70 m (per la regolare erogazione all utenza, per limitare oneri costruzione ed esercizio impianti, per la durata delle apparecchiature ed utilizzatori, per contenere le perdite) (DPCM 4/3/96) 2. Pressione minima nel punto più alto di consegna : 10 m (5 m nel DPCM 4/3/96) (per consentire l erogazione all utenza; per gli edifici più alti si può prevedere l autoclave) 3. Massima oscillazione di carico : m (per non sollecitare troppo i giunti delle tubazioni) Conseguenze progettuali: 1. > occorre suddividere la città in zone altimetricamente omogenee servite da reti indipendenti, salvo i coll.ti di riserva, alimentate ciascuna da uno o più centri di distribuzione (serbatoi, piezometri) 2. e 3. > occorre contenere le perdite e le oscillazioni di carico in rete, limitando l estensione (longitudinale) delle zone idriche, e non dover ricorrere a diametri eccessivi che determinano difficoltà di posa, velocità troppo piccole ed aumento dei costi Il problema progettuale è di per sé indeterminato e si presta a più soluzioni tecnico-economiche, di cui la ricerca dell ottimale richiede una serie di tentativi per i quali oggi si dispone, a valido supporto, di efficienti software di calcolo per la simulazione del funzionamento delle reti idriche in pressione

53 LE RETI DI DISTRIBUZIONE: I CENTRI DI DISTRIBUZIONE Funzioni: disconnessione idraulica tra rete ed adduzione accumulo regolazione piezometrica controllo Tipologia: Serbatoio : svolge tutte e quattro le funzioni; ogni schema deve contenerne un serbatoio di compenso, diretto o indiretto Piezometro semplice : svolge la sola funzione di disconnessione idraulica, pertanto si associa ad un serbatoio terminale; consente nella rete libere oscillazioni di carico Piezometro a sfioro : svolge la funzione di disconnessione e di regolazione della piezometrica per la zona più alta, demandando al serbatoio a servizio della zona più bassa il compenso dei consumi di entrambe le zone: diretto per la zona più bassa, indiretto per la zona più alta

54 LE RETI DI DISTRIBUZIONE: Suddivisione del territorio in zone idrichei

55 IL SISTEMA DI SMISTAMENTO ROMANO

56 LE RETI DI DISTRIBUZIONE: Modelli di simulazione

57 I SERBATOI URBANI Funzione Le reti di distribuzione urbana debbono essere dimensionate per la portata Qh di punta oraria che si ha nel corso dell'anno, mentre le adduttrici conviene dimensionarle per una portata inferiore (in genere la Qg), assegnando alla capacità di un serbatoio la funzione di sopperire (compenso) alla temporanea maggiore richiesta della rete con l acqua accumulata nei periodi di minore richiesta. All aumentare della portata addotta diminuisce la capacità di compenso necessaria. Il serbatoio può assolvere anche la funzione di riserva e di antincendio. I serbatoi costituiscono inoltre una disconnessione idraulica tra distribuzione e adduzione. Capacità La capacità di compenso Vc necessaria sarebbe facilmente determinabile se fossero note le leggi degli afflussi e dei deflussi (se gli afflussi sono di norma costanti, i deflussi variano con la domanda). La capacità di riserva Vr non può essere stabilita se non con criteri semiempirici (in funzione della probabilità e della gravità delle conseguenze di improvvise interruzioni nell adduzione). La capacità totale V viene di norma assegnata nell intervallo compreso tra il 15% e il 30% del volume d acqua Vg richiesto nel giorno di massimo consumo: V = 0,15 0,3 Vg = 0,15 0, Qg

58 I SERBATOI URBANI: S. SEVERA (Comuni di Tolfa e S. Marinella)

59 CRITERI DI SICUREZZA NELLA PIANIFICAZIONE DEI SISTEMI ACQUEDOTTISTICI: IL CASO DI ROMA Opportuni accorgimenti per far fronte alle emergenze: Diversificazione delle fonti di approvvigionamento Disponibilità di fonti di riserva Accumuli di riserva (bacini, serbatoi) Connessione degli schemi (adduttrici, reti di distribuzione) Le soluzioni nel sistema acquedottistico romano: Più fonti (Peschiera, Capore, Acqua Marcia, Vergine, Appio-Alessandrino, Bracciano per la città di Roma; Simbrivio, Pertuso, Mignone, pozzi, per la provincia) Accumulo di riserva (serbatoio Monte Mario, Lago di Bracciano) Interconnessione degli schemi (adduttrici, reti di distribuzione) Raddoppio dei tratti di acquedotto/adduttrici a maggiore rischio di danneggiamento Interventi a salvaguardia igienica delle fonti (raccolta e collettamento reflui urbani, aree di tutela, regolamentazione dei trattamenti in agricoltura)

60 COMPRENSORIO ACQUEDOTTISTICO ROMANO

61 SISTEMA DI SMISTAMENTO ROMANO

62 PROTEZIONE IGIENICA ACQUE LAGO DI BRACCIANO: SISTEMA DI RACCOLTA E DEPURAZIONE REFLUI URBANI

63 I SERBATOI URBANI: CENTRO IDRICO EUR (Roma)

66 I SERBATOI URBANI: CECCHINA (Roma)

67 I SERBATOI URBANI: VILLA PAMPHILI (Roma)

68 I SERBATOI URBANI: VILLA PAMPHILI (Roma)

69 I SERBATOI URBANI: ROSOLINO PILO (Roma)

70 planimetria I SERBATOI URBANI: PONTE DI NONA (Roma)

71 I SERBATOI URBANI: PONTE DI NONA (Roma) Schema idraulico

72 I SERBATOI URBANI: PONTE DI NONA (Roma) Pianta del serbatoio seminterrato

73 I SERBATOI URBANI: PONTE DI NONA (Roma) Serbatoio seminterrato: Sezione longitudinale