SMART WATERTECH. Prof. Ing. Armando Brath. Rimini, 06/11/2014

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1 SMART WATERTECH Smart Community per lo Sviluppo e l Applicazione di Tecnologie di Monitoraggio e Sistemi di Controllo Innovativi per il Servizio Idrico Integrato Prof. Ing. Armando Brath DICAM DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE, AMBIENTALE E DEI MATERIALI ALI Rimini, 06/11/2014

2 La proposta progettuale Bando SMART CITIES and COMMUNITIES (D.D. 391 / 5 luglio 2012) Ambito tematico Gestione delle risorse idriche Promuovere la tutela delle risorse idriche mediante lo sviluppo di sistemi e tecnologie innovative per il miglioramento della gestione delle acque attraverso un incremento dell'efficienza della rete e degli impianti di distribuzione esistenti nel territorio; lo sviluppo di nuovi sistemi e tecnologie per il monitoraggio, il controllo e la riduzione dei carichi inquinanti, nell ottica della tutela della risorsa idrica; lo sviluppo di nuove soluzioni tecnologiche volte alla riduzione dell'impiego dell'acqua destinata all'agricoltura e all'industria, nonché ad un utilizzo ottimale dei sistemi fognari e depurativi.

3 Soggetti partecipanti Grandi imprese Gestori del S.I.I. P.M.I. Università Enti di Ricerca Sogg. terzi

4 Ambiti territoriali-casi di studio Puglia Liguria Emilia-Romagna Campania

5 Ambiti territoriali-casi di studio Regione Area Ambito di intervento Gestore Distretto di Leamara Acquedotto MdA Distretto di Rapallo Acquedotto MdA LIGURIA Fognatura afferente al depuratore di Punta Vagno (GE) Sistemi drenaggio e depurazione MdA Area costiera Rapallo-Sestri Levante Sistemi drenaggio e depurazione MdA EMILIA- ROMAGNA Area urbana Parma Consorzio Bonifica Emilia Centrale Acquedotto Sistemi drenaggio Depurazione Irrigazione Riuso acque reflue IREN - CAMPANIA Distretto idrico di Soccavo (NA) Acquedotto PUGLIA Distretto idrico di Bari vecchia Acquedotto ABC AQP

6 Il Contesto (1/2) Con l emanazione della Direttiva 2000/60/CE (WFD), la gestione delle risorse idriche è sempre più percepita come una priorità assoluta in Europa, per contemperare le contrastanti esigenze di un fabbisogno idrico in costante aumento e di una crescente consapevolezza delle necessità di protezione ambientale. Le politiche di risparmio della risorsa idrica sono oggetto di attenzione sempre maggiore. Appare quindi essenziale identificare strategie che consentano di mantenere nel tempo un adeguato livello di sicurezza nell approvvigionamento e nel servizio idrico potabile, irriguo ed industriale, tutelando nel contempo la qualità dei corpi idrici.

7 Il Contesto (2/2) A tal fine i gestori del Servizio Idrico Integrato (SII) necessitano di strumenti che consentano: -una gestione ottimale -un efficiente ed economico monitoraggio dei sistemi idrici includendo il complesso di interventi che vanno dai sistemi di trattamento delle acque e dei reflui alla depurazione delle acque industriali e civili. Il Progetto SMART WATERTECH, in questo contesto, intende fornire risposte alle diverse problematiche tecniche ed infrastrutturali che caratterizzano la risorsa idrica.

8 Ambiti di azione Progetto SMART WATERTECH Prelocalizzazione PERDITE IDRICHE SISTEMI ACQUEDOTTISTICI SMART WATER METERING (modelli di previsione domanda e tariffazione) Monitoraggio SCARICATORI DI PIENA Monitoraggio ACQUE PARASSITE Sistemi di CONTROLLO ed ATTUAZIONE in TEMPO REALE (pressione, qualità delle acque) SISTEMI FOGNARI E DEPURATIVI Rilevamento inquinanti mediante IMMAGINI SATELLITARI AMBITO IRRIGUO

9 Ambiti di azione SISTEMI ACQUEDOTTISTICI SISTEMI FOGNARI E DEPURATIVI AMBITO IRRIGUO Progetto SMART WATERTECH Prelocalizzazione PERDITE IDRICHE SMART WATER METERING (modelli di previsione domanda e tariffazione) Monitoraggio ACQUE PARASSITE Monitoraggio SCARICATORI DI PIENA Sistemi di CONTROLLO ed ATTUAZIONE in TEMPO REALE (pressione, qualità delle acque) Rilevamento inquinanti mediante IMMAGINI SATELLITARI

10 Sistemi acquedottistici SMART WATER METERING PROBLEMATICA In un sistema acquedottistico i valori di portata sono in generale disponibili nei punti di approvvigionamento con buona continuità nel tempo (anche grazie ai sistemi di telecontrollo SCADA) e consentono quindi di stimare adeguatamente gli ingressi alla rete di distribuzione. Non altrettanto accade all'interno della rete stessa, in particolare riguardo ai consumi effettivi degli utenti. Attualmente, infatti, i contatori installati alle utenze forniscono solamente una misura di lungo periodo (semestrale o annuale), basata dunque su una scala temporale lontanissima da una acquisizione in tempo reale del dato. Il progetto persegue l implementazione dello smart metering all'interno dei sistemi idrici, intendendo come smart un sistema di acquisizione dati diffuso e pervasivo, in grado di inviare ed eventualmente ricevere informazioni in tempo reale.

11 Sistemi acquedottistici SMART WATER METERING OBIETTIVI E POTENZIALITA DEL PROGETTO Migliorare gli aspetti contabili/gestionali dei volumi fatturati Riduzione intervallo di tempo di lettura rispetto all attuale (fatturazione più frequente e puntuale); Segnalazione di malfunzionamenti e manomissioni del contatore; Individuazione perdite nell impianto privato Migliorare il monitoraggio della rete Rilevazione delle perdite visibili e occulte e della loro entità; Distinzione fra perdite amministrative e fisiche Individuazione situazioni anomale (riflusso contatore d utenza e qualità degli interventi di riabilitazione.) Sviluppo di modelli di previsione dei consumi e gestione ottimale delle reti orientati al risparmio idrico ed energetico Sviluppo di modelli avanzati di simulazione per bilanci idrici affidabili su brevi periodi, finalizzati alla stima distinta di perdite idriche reali ed apparenti ed alla prelocalizzazione delle perdite reali

12 Sistemi acquedottistici Stima, prelocalizzazione e riduzione delle perdite idriche PROBLEMATICA In generale, la prevenzione delle perdite e la riduzione delle rotture e dei conseguenti costi per la manutenzione della rete dipendono essenzialmente dalla pressione di esercizio, dalla densità degli allacci (inclusi i raccordi), dalla scelta dei materiali e dalla loro relativa condizione di messa in opera. ll volume disperso da una perdita è il prodotto tra la portata ed il tempo che intercorre tra la formazione e la riparazione della fessura. Questo tempo è costituito da tre componenti: Awareness = tempo che intercorre tra la formazione e la consapevolezza della perdita; Location = tempo, in giorni, necessario per localizzare la perdita; Repair = tempo necessario per riparare la perdita. Per limitare i volumi persi, uno degli obiettivi principali è ridurre il tempo di perdita, con particolare riferimento ai tempi di consapevolezza e localizzazione. Il progetto persegue tali obiettivi, avvalendosi delle informazioni real-time provenienti dalla telelettura (smart metering) e combinandole con l applicazione di tecniche acustiche (noise logger), fibre ottiche e GPR (Ground Penetrating Radar).

13 Sistemi acquedottistici Stima, prelocalizzazione e riduzione delle perdite idriche OBIETTIVI E POTENZIALITA DEL PROGETTO Incremento dell affidabilità della stima del livello di perdita idrica, con possibilità di pre-localizzare il punto dove ha luogo la perdite idrica reale La lettura sincrona dei contatori di utenza con Fixed Network AMR e il controllo acustico (noise logger) della rete consentono un controllo dinamico delle perdite idriche. La riduzione delle perdite viene perseguita anche mediante sistemi per il controllo e l attuazione della rete di distribuzione Possibilità di controllare e gestire la pressione di esercizio in rete, in modo dinamico e flessibile. Inoltre, possibile gestione delle fonti di alimentazione sulla base della qualità dell acqua misurata in rete. PUNTO CRITICO o di MISURA PUNTO CRITICO o di MISURA DATA LOGGER TRASMETTITORE UNITA DI REGOLAZIONE

14 Sistemi fognari e depurativi Modellazione e monitoraggio della rete di drenaggio urbano PROBLEMATICA La stima della frequenza e della qualità degli scarichi di piena nei corpi idrici costituisce un elemento di grande incertezza nell ambito della gestione dei corpi idrici ricettori (anche in relazione alla modificazione del territorio e dei cambiamenti climatici). Attualmente l identificazione dell impatto inquinante degli scarichi dalle reti unitarie in tempo di pioggia risulta complessa per le difficoltà ed i costi del monitoraggio. L uso di modelli avanzati di simulazione numerica quali-quantitativa rende possibile: stimare l impatto degli scaricatori di piena in termini di frequenza degli scarichi, dei volumi e degli inquinanti scaricati; stimare l effetto di dispositivi o manufatti in termini di quantità e qualità; gestire in tempo reale le reti e gli impianti di depurazione ai fini della salvaguardia idraulica ed ambientale; gestire in modo ottimale gli impianti di sollevamento e conseguire risparmio energetico. Un efficiente attività di modellazione degli scaricatori di piena non può prescindere dalla disponibilità di dati quali quantitativi a servizio del modello stesso. Ciò richiede un approccio integrato tra soluzioni tecnologiche per il monitoraggio in continuo a basso costo e la modellazione numerica di dettaglio delle reti drenanti.

15 Sistemi fognari e depurativi Modellazione e monitoraggio della rete di drenaggio urbano OBIETTIVI E POTENZIALITA conoscere lo stato della rete in tempo reale; disporre di uno strumento (modello numerico della rete) in grado di simulare il comportamento idraulico della rete in qualsiasi condizione di esercizio e di stimare con assegnato grado di accuratezza l impatto sui corpi idrici riceventi e sull impianto di depurazione; disporre di un SSD che, basandosi sul precedente modello numerico della rete sia di ausilio nella scelta (posizione, caratteristiche, costi) di possibili interventi strutturali e non, per il miglioramento della protezione idraulica ed ambientale del territorio, nonché nella gestione degli scaricatori e dell efficienza energetica della rete. Grazie al confronto con campionamenti puntuali delle acque e tradizionali analisi chimicofisiche, l attività condurrà alla validazione delle tecniche di monitoraggio ed all assegnazione del grado di incertezza dei risultati della modellazione. Infine uno spazio specifico sarà destinato all utilizzo di sensori per rilevare la presenza di H 2 S (gas odorigeno, ma anche corrosivo e tossico). Si cercherà di definire i tratti di rete, le condizioni climatiche e/o di esercizio aventi maggiore probabilità di formazione di gas. Ciò permetterà al gestore di pianificare adeguate reazioni.

16 Sistemi fognari e depurativi Stima e monitoraggio delle acque parassite nei sistemi fognari Scopo del sistema è fornire una stima quantitativa delle portate parassite (inflows & infiltrations) ed una loro successiva localizzazione di massima. L attività di smart metering dei consumi civili consente di conoscere con precisione spazio-temporale i consumi e quindi i volumi scaricati in fognatura. Il tradizionale metodo del bilancio idrico (confronto fra misure di portata) viene così applicato in modo inedito ed innovativo All evoluzione sul metodo del bilancio idrico, si affiancheranno misure di qualità di apposite sostanze, riconosciute come marcatrici delle acque reflue (COD, Nitrati)

17 Ambito irriguo Sistema per l irrigazione di precisione da dato remoto Lo scopo di questo sistema è di sviluppare sistemi integrati di dati rilevati da piattaforma remota e in situ per la riduzione della risorsa idrica impegnata in agricoltura e per l individuazione dei consumi anomali (o abusivi) in ambito agricolo. In ambito regionale sono stati già implementati servizi per il supporto all irrigazione (IRRINET - IRRIFRAME) fruibili mediante sistemi informativi territoriali. Tali servizi si basano su algoritmi di bilancio di massa che stimano la domanda irrigua in base alle forzanti meteorologiche. L approccio proposto si basa invece sulla soluzione del bilancio energetico, che non richiede la conoscenza della pedologia e delle proprietà idrauliche dei suoli (spesso caratterizzati da una forte variabilità spaziale) e permette di stimare la distribuzione spaziale dell evapotraspirazione effettiva senza la necessità di utilizzare i coefficienti colturali. Anomalie e/o abusi nell utilizzo della risorsa idrica sono desumibili mediante il semplice confronto con la fornitura autorizzata o dichiarata ai fini irrigui per singolo utente.